REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/fa10202506261406
Leonardo dos Santos Menezes Silva
Orientador: Profª. Maezio Perreira da Silva
RESUMO
As microrredes integradas com fontes de energia renováveis solares e eólicas surgem como uma solução estratégica para a transição energética sustentável, especialmente em regiões com acesso restrito à rede elétrica convencional. Este artigo aborda os principais modelos arquitetônicos, estratégias, benefícios e desafios relacionados a esses sistemas, enfatizando sua capacidade de fomentar autonomia energética e resiliência operacional. Através de uma revisão da literatura acadêmica, identificam-se as configurações mais eficazes, como sistemas híbridos (solar e eólico), e discutem-se as técnicas de gerenciamento de energia e proteção adaptativa necessárias para enfrentar a intermitência das fontes renováveis. Os resultados apresentaram benefícios ambientais, econômicos e sociais. Como por exemplo, o fornecimento de energia elétrica a comunidades remotas e diminuição de poluentes locais. Observou-se também desafios técnicos e regulatórios, incluindo altos custos iniciais e a necessidade de políticas públicas específicas. Portanto, pode concluir que as microrredes constituem uma alternativa viável e sustentável para a descentralização da geração de energia elétrica, embora sua consolidação dependa de avanços tecnológicos, modelos de negócios inovadores e estruturas normativas mais robustas.
Palavras-chave: Microrredes. Energia solar. Energia eólica. Geração distribuída.
ABSTRACT
Microrredes integrated with solar and wind renewable energy sources are emerging as a strategic solution for the sustainable energy transition, especially in regions with limited access to the conventional electricity grid. This article addresses the main architectural models, strategies, benefits and challenges related to these systems, emphasizing their ability to foster energy autonomy and operational resilience. Through a review of the academic literature, the most effective configurations are identified, such as hybrid systems (solar and wind), and the energy management and adaptive protection techniques needed to face the intermittency of renewable sources are discussed. The results showed environmental, economic and social benefits, such as the supply of electricity to remote communities and the reduction of local pollutants. Technical and regulatory challenges were also observed, including high initial costs and the need for specific public policies. Therefore, it can be concluded that microrredes constitute a viable and sustainable alternative for the decentralization of electricity generation, although their consolidation depends on technological advances, innovative business models and more robust regulatory frameworks.
Keywords: Microrredes. Solar energy. Wind energy. Distributed generation.
1. INTRODUÇÃO
A geração de energia elétrica tem exercido uma atribuição importante no desenvolvimento das nações, sendo um dos segmentos de grande influência em suas economias. O processo de industrialização representa uma etapa de modernização nos sistemas produtivos de uma sociedade, que vem juntamente ao crescimento pelas inovações tecnológicas e pela evolução da economia. (BELLIDO, 2018)
Uma vez que a substituição das fontes de energia fósseis e nucleares exige um processo de tempo geológico, estas são classificadas como não renováveis. Por outro lado, as fontes renováveis de energia são repostas prontamente pela natureza, como por exemplo, energia hídrica, eólica, das marés e ondas, radiação solar e o calor proveniente do interior da Terra. (ELIAS, 2009)
A crescente demanda por fontes de energia sustentáveis, aliada às preocupações ambientais e à necessidade de garantir a segurança energética, tem impulsionado o desenvolvimento e a adoção de tecnologias que promovem maior eficiência e resiliência nos sistemas elétricos. As microrredes, surgem como uma alternativa promissora para integrar fontes renováveis de energia aos sistemas de distribuição elétrica, promovendo a descentralização da geração e favorecendo a autonomia energética de comunidades e instalações específicas (NEVES et al., 2023).
A utilização de eletricidade tornou-se algo indispensável na sociedade contemporânea, e várias comunidades enfrentam interrupções frequentes na rede elétrica, necessitando de um fornecimento de energia mais robusto. As microrredes são sistemas de energia elétrica de pequena escala capazes de operar tanto de forma conectada à rede principal quanto de forma isolada, com flexibilidade para gerenciar cargas, armazenar energia e integrar diferentes fontes, como solar, eólica, biomassa e pequenas centrais hidrelétricas. A aplicação de estratégias de controle avançadas, aliadas a técnicas de gerenciamento e proteção adequadas, permite que esses sistemas operem de maneira eficiente, segura e confiável (CARNEIRO, 2017).
As microrredes são um componente crucial na incorporação dos recursos energéticos de geração renovável, trata-se de uma tecnologia que abrange o desenvolvimento de diversas outras inovações, promovendo um ecossistema favorável à inovação.
Diante da diversidade de configurações e estratégias envolvidas, é importante compreender os modelos e as arquiteturas de microrredes, bem como os métodos empregados para seu controle e proteção. Este trabalho propõe-se a investigar, sob uma abordagem crítica e analítica, os principais modelos e estratégias de microrredes com ênfase na utilização de fontes renováveis solar e eólica.
1.1 Objetivo geral
Analisar os principais modelos de microrredes com suas vantagens, desafios e suas estratégias operacionais, com foco na integração de fontes renováveis de energia (solar e eólica).
1.2 Objetivos Específicos
● Revisar o conceito de microrredes e sua evolução no contexto da transição energética.
● Classificar e descrever as principais arquiteturas de microrredes: conectadas à rede, isoladas e híbridas.
● Investigar estratégias de controle e gerenciamento de energia adotadas em microrredes baseadas em fontes renováveis solar e eólica.
● Analisar os sistemas de proteção aplicáveis a microrredes, considerando os desafios decorrentes da intermitência e variabilidade das fontes renováveis.
1.3 Justificativa
A crescente demanda por soluções energéticas sustentáveis, seguras e economicamente viáveis, especialmente em regiões isoladas ou de difícil acesso, torna indispensável o aprofundamento dos estudos sobre microrredes baseadas em fontes renováveis, notadamente solar e eólica. O presente trabalho se justifica pela necessidade de compreender e sistematizar as principais arquiteturas, estratégias de controle e modelos de operação dessas microrredes, considerando suas aplicações em cenários onde a extensão da rede elétrica convencional é inviável.
Este estudo se apresenta como uma contribuição significativa para o desenvolvimento de soluções tecnológicas alinhadas aos princípios da sustentabilidade e da transição energética. Ao realizar uma análise das microrredes com fontes solar e eólica, tanto do ponto de vista técnico quanto operacional, a pesquisa visa fornecer subsídios para engenheiros, gestores públicos, formuladores de políticas e demais agentes do setor energético.
2. METODOLOGIA
Este trabalho será desenvolvido por meio de uma revisão da literatura, com o objetivo de reunir, organizar e analisar criticamente estudos relevantes acerca dos principais modelos e estratégias aplicadas em microrredes com fontes renováveis de energia solar e eólica, bem como suas vantagens e desafios. A escolha por esse método justifica-se pela necessidade de mapear o estado da arte do tema, possibilitando a identificação de tendências, lacunas e boas práticas descritas na literatura científica e técnica.
A análise será conduzida de forma qualitativa e descritiva, buscando identificar inovações, desafios e oportunidades relacionadas ao uso de microrredesbaseadas em fontes renováveis solar e eólica. Essa abordagem permitirá a construção de um panorama crítico e fundamentado, contribuindo para o avanço do conhecimento na área e subsidiando futuras pesquisas e aplicações práticas.
3. EMBASAMENTO TEÓRICO
Este capítulo apresenta uma revisão bibliográfica dos fundamentos teóricos necessários para o estudo e compreensão a respeito do trabalho.
3.1 Definição de Microrredes
O cenário centralizado das redes elétricas convencionais, embora seja eficaz, tem compartilhado espaço com um novo modelo que vem ampliando e recebendo nos investimentos nos últimos anos. Denominada geração distribuída (GD), este modelo se caracteriza pela produção de energia nas regiões próximas do ponto de consumo, dispensando extensas redes de transmissão. Este modelo sustentável promove maior autonomia às redes, em virtude dos benefícios na aplicação de fontes renováveis de energia. (GAUDEOSO, 2020)
Figura 1 – Microrredes
As microrredes que integram fontes solares fotovoltaicas e eólicas se destacam como alternativas sustentáveis promissoras para a geração elétrica descentralizada, apresentando destaque em regiões afastadas dos grandes centros urbanos ou com restrições de acesso à rede convencional. Esses modelos energéticos integram duas fontes renováveis que otimizam a eficiência do sistema como um todo enquanto diminuem a necessidade de utilização de fontes convencionais baseadas em combustíveis fósseis. Constituem sistemas elétricos completos, pois integram em uma única entidade a produção, fornecimento e consumo de energia elétrica (SILVA et al., 2025).
Na microrrede, é atribuída a prioridade de fornecimento de eletricidade para as cargas locais, possibilitando assim otimizar a geração distribuída localmente e reduzir uma significativa dependência da rede de energia elétrica. Um dos aspectos mais característicos entre uma microrrede e uma rede de distribuição tradicional é a capacidade de monitorar e coordenar de forma eficiente os recursos distribuídos por meio de infraestruturas de comunicação, sensores, atuadores e medidores inteligentes (DELYANNIS; NASHAR, 2001).
São regionais porque a geração é sempre próxima dos usuários, sendo específicas a um determinado local e à vida das pessoas que ali residem. Esta característica está diretamente vinculada ao uso dos recursos energéticos distribuídos (REDs), fazendo das microrredes instrumentos ativos e participativos para sua integração (Junior e De Freitas 2020).
Em relação ao tamanho das microrredes, tanto no aspecto físico quanto em termos de características elétricas, não existe uma definição padrão. Na questão de dimensão física elas são geralmente compactas e as dimensões elétricas são inferiores às de sistemas de geração convencionais, caracterizando-se como sistemas de baixa e média tensões (Junior e De Freitas 2020).
A participação das fontes de energia distribuídas está alterando gradualmente a configuração convencional da rede de distribuição do setor elétrico. As microrredes possuem potencial para assumir um papel central nas transformações que ocorrerão, exigindo a implementação de novos mercados e tendências econômicas e regulatórias (BELLIDO, 2018).
3.2 Matriz elétrica brasileira
O setor elétrico brasileiro experimentou seu progresso ao longo do século XX, caracterizado por três momentos principais: o início das atividades relacionadas à energia elétrica no país (primeira metade do século XX) com a instalação das primeiras usinas hidrelétricas e legislações sobre energia; a intervenção direta do Estado nas diversas operações do setor até o início do século XXI, com a criação de órgãos reguladores (Ministério de Minas e Energia, ANEEL e outros) e empresas (ELETROBRÁS, NUCLEBRAS e outras); e, finalmente, o recente processo de ampliação da participação do setor privado. (OLIVEIRA,2021)
Figura 2 – Matriz Elétrica Brasileira 2023
Uma grande porção da eletricidade gerada no Brasil provém de usinas hidrelétricas. A energia eólica, solar, de biomassa e também a de resíduos têm apresentado um aumento na sua participação na matriz, ajudando para que ela permaneça, em sua maior parte, renovável.
Figura 3 – Geração de energia elétrica no Brasil e no mundo no ano de 2022
De acordo com a figura 3 (Fonte EPE), as fontes renováveis possuem uma contribuição relevante na matriz elétrica do Brasil, reconhecida como uma referência global, com extensa adoção de recursos considerados ecológicos e sustentáveis. No total, mais de 86% das fontes renováveis são empregadas para produzir energia elétrica no Brasil, em comparação a cerca de 30% de utilização similar no restante do planeta.
3.3 Fontes de energia renováveis
Desde o início da era moderna, especificamente em 1400 d. C., as fontes de energia renováveis, como o vento e a energia hidráulica, eram empregadas para a moagem de grãos e a realização de outras atividades. No entanto, para a geração de energia, eram utilizados recursos fósseis, como por exemplo, o carvão. (DELYANNIS; NASHAR, 2001)
As energias renováveis destacam-se por serem recursos naturais que se renovam em um intervalo significativamente inferior ao tempo requerido para sua utilização. Dentre elas, encontram-se as fontes hidráulica (água dos rios), maremotriz (energia das marés), solar e eólica (ventos), as quais dependem de ciclos naturais contínuos. Ademais, existe também a biomassa, que abrange materiais como cana-de-açúcar, florestas cultivadas para fins energéticos e resíduos orgânicos (animais, urbanos e industriais), cujo manejo apropriado possibilita um equilíbrio entre a oferta e a demanda energética. (ELIAS, 2009)
A necessidade em reduzir a dependência de derivados de fósseis para a geração de eletricidade, associada aos obstáculos ambientais resultantes de sua utilização, tem impulsionado a adoção de fontes renováveis no cenário global. A mudança para uma matriz energética mais sustentável não apenas diminui os efeitos climáticos, como também favorece uma maior segurança energética e a variedade das fontes de produção. (ELIAS, 2009)
3.3.1 Fonte Solar
A energia solar extraída da radiação solar, pode ser transformada em eletricidade ou calor por meio de três tipos: energia solar térmica, concentrada e fotovoltaica.
A energia solar térmica converte a radiação em calor para o aquecimento de água e ambientes em contextos residenciais. Em seguida, a energia solar concentrada (CSP), usada em espelhos que refletem a luz solar para receptores e assim gerar altas temperaturas de calor para a produção em maiores escalas. Já a energia solar fotovoltaica, é utilizada para transformar a luz solar captada através de painéis com células fotovoltaicas em eletricidade, sendo amplamente aplicada em sistemas residenciais, comerciais e industriais. Cada uma dessas tecnologias possui características específicas, sendo escolhidas de acordo com a aplicação, escala e eficiência requeridas (BJORK, I. et al, 2011).
3.3.2 Fonte Eólica
A energia eólica é produzida por turbinas acionadas pelo vento. Os aerogeradores são constituídos basicamente por uma torre, um gerador elétrico e hélice rotativa. O vento provoca a rotação das pás e esse movimento é convertido em energia elétrica pelo gerador. As turbinas devem estar dispostas em localizações estratégicas para otimizar sua capacidade de geração. No cenário atual existem parques eólicos implantados em terra (onshore) e no mar (offshore).
A energia eólica se destaca pelo crescimento de investimentos em energias renováveis nos últimos anos e tornou-se uma das fontes que mais se expandem globalmente. A produção reduzida ou intermitente representa um desafio, assim como as questões relacionadas ao ruído e aos impactos visuais. Amplas áreas geradoras de energia eólica podem ser interligadas à rede de transmissão elétrica convencional. (BJORK, I. et al, 2011).
3.4 Panorama das Microrredes com Fontes Solar e Eólica.
O avanço das microrredes, particularmente aquelas baseadas em fontes renováveis tem se consolidado como uma solução estratégica para suprir as demandas energéticas em diversos contextos, sobretudo em regiões onde o acesso à rede elétrica convencional é limitado ou inexistente. Este modelo de geração distribuída tem se destacado pela capacidade de oferecer soluções sustentáveis, resilientes e economicamente viáveis para comunidades remotas, ilhas, populações tradicionais, áreas rurais e localidades de difícil acesso (SILVA et al., 2025).
A implementação de microrredes solares e eólicas é particularmente relevante em áreas remotas, onde a extensão da infraestrutura de transmissão convencional é tecnicamente inviável ou economicamente proibitiva. Nessas localidades, as microrredes representam uma alternativa eficiente para promover o acesso universal à energia, alinhando-se aos Objetivos de Desenvolvimento Sustentável (ODS), especialmente no que se refere ao ODS 7 — energia acessível e limpa (BELLIDO, 2018).
Ilhas e arquipélagos constituem outro cenário relevante para a adoção dessas tecnologias. Nessas regiões, a dependência histórica de geradores movidos a diesel implica altos custos operacionais e logísticos, além de impactos ambientais consideráveis. A substituição ou complementação desses sistemas por microrredes híbridas com energia renovável tem se mostrado uma estratégia eficaz para condicionar os custos de combustível e reduzir a vulnerabilidade a interrupções no fornecimento (MARTINS, 2022).
As comunidades indígenas e tradicionais, frequentemente localizadas em regiões de difícil acesso, também figuram como beneficiárias prioritárias desses sistemas. A implementação de microrredes nestes contextos não apenas assegura o fornecimento contínuo de energia elétrica, como também promove inclusão social, desenvolvimento local e preservação cultural, ao viabilizar atividades econômicas, educacionais e de saúde (DA SILVA et al., 2022).
Nas áreas rurais, particularmente naquelas distantes dos centros urbanos, as microrredes baseadas em fontes renováveis viabilizam o desenvolvimento de atividades produtivas, contribuindo para a fixação das populações no território e para a geração de renda. Também se tornam fundamentais para o fortalecimento de setores como a agricultura, a pecuária e os serviços comunitários (CALCA et al., 2021).
A adoção de microrredes solares e eólicas é impulsionada por um conjunto de motivações que refletem tanto desafios técnicos quanto objetivos sociais, econômicos e ambientais.
3.4.1 Segurança e descentralização das microrredes
A segurança energética surge como uma das motivações mais relevantes no desenvolvimento e implementação de microrredes. Este conceito está associado à capacidade de um sistema energético assegurar um fornecimento contínuo, estável e de qualidade, mesmo diante de condições adversas, como falhas na infraestrutura elétrica convencional, eventos climáticos extremos, desastres naturais ou instabilidades geopolíticas. Nesse sentido, microrredes alimentadas por energia solar e eólica apresentam elevada capacidade de operação autônoma, especialmente quando integradas a sistemas de armazenamento de energia (CARVALHO, 2016).
A resiliência energética proporcionada por esses sistemas permite que comunidades isoladas ou vulneráveis mantenham a continuidade de serviços essenciais, como abastecimento de água, telecomunicações, unidades de saúde e iluminação pública. Tal característica se torna ainda mais crítica em locais sujeitos a enchentes, secas prolongadas, ciclones, nevascas ou outros fenômenos que frequentemente resultam em interrupções no fornecimento da rede elétrica centralizada (CARVALHO, 2016).
A descentralização proporcionada pelas microrredes contribui significativamente para a redução de riscos associados à dependência de longas linhas de transmissão, que são particularmente suscetíveis a falhas em regiões com topografia complexa ou acesso logístico restrito (SILVA et al., 2024).
3.4.2 Benefícios e estratégias com fontes renováveis Solar e Eólica
A crescente preocupação com as mudanças climáticas e seus impactos diretos sobre os sistemas naturais e as populações humanas constitui outro vetor determinante na expansão de microrredes com fontes renováveis. A substituição progressiva de geradores a diesel, largamente utilizados em comunidades isoladas e ilhas, por sistemas que combinam energia solar e eólica, resulta em uma redução substancial das emissões de gases de efeito estufa (GEE), especialmente dióxido de carbono (CO₂), metano (CH₄) e óxidos de nitrogênio (NOₓ) (PONTE, 2019).
Além dos benefícios climáticos, a redução do uso de combustíveis fósseis contribui para a diminuição de poluentes locais, como material particulado e compostos orgânicos voláteis, que possuem impacto direto na saúde das populações. A eliminação da necessidade de transporte constante de combustíveis para regiões remotas, frequentemente realizado por meio de embarcações, caminhões ou aeronaves, não apenas reduz custos operacionais, mas também minimiza riscos de vazamentos e acidentes ambientais (CALILI, 2019).
A busca pela autonomia energética representa uma dimensão estratégica, especialmente para comunidades distantes ou populações historicamente negligenciadas pelos modelos centralizados de distribuição de energia. A capacidade de gerar e gerir localmente sua própria energia reduz substancialmente a dependência de agentes externos, sejam eles empresas concessionárias, governos ou fornecedores de combustíveis fósseis (CALCA et al., 2021).
Essa autonomia não se limita ao aspecto técnico-operacional, mas também assume um caráter sociopolítico, fortalecendo a soberania energética das comunidades e estimulando a adoção de modelos colaborativos de gestão, como cooperativas de energia ou consórcios comunitários. Tal processo fomenta, adicionalmente, o desenvolvimento de competências locais, desde a operação e manutenção dos sistemas até a sua governança, estimulando a geração de empregos e fortalecendo as economias locais (CALCA et al., 2021).
No contexto das comunidades indígenas, tradicionais e rurais, a autonomia energética contribui de forma decisiva para o fortalecimento cultural e econômico, permitindo o desenvolvimento de atividades produtivas sustentáveis, acesso à educação de qualidade, serviços de saúde e inclusão digital (DA SILVA et al., 2022).
A análise do ciclo de vida desses sistemas demonstra que, além dos benefícios econômicos diretos, as externalidades positivas, como melhoria na qualidade do ar, redução de emissão de GEE e aumento da resiliência socioeconômica das comunidades, tornam as microrredes uma alternativa não apenas viável, mas altamente desejável do ponto de vista técnico, econômico, social e ambiental (CRUZ et al., 2020).
3.4.3 Viabilidade
Do ponto de vista econômico, a viabilidade das microrredes solares e eólicas tem se ampliado progressivamente, impulsionada por diversos fatores, dentre os quais se destacam: a redução expressiva dos custos de tecnologias fotovoltaicas e eólicas nos últimos anos, os avanços nos sistemas de armazenamento de energia e a crescente eficiência dos dispositivos eletrônicos de potência e controle (MARQUES, 2015).
Embora os custos iniciais de implantação ainda representem um desafio, especialmente em contextos de menor capacidade financeira, os custos operacionais e de manutenção desses sistemas são significativamente inferiores aos de soluções convencionais baseadas em geração térmica a diesel. A eliminação de despesas recorrentes com aquisição, transporte e armazenamento de combustíveis fósseis representa uma economia substancial ao longo do ciclo de vida do sistema (MARQUES, 2015).
A possibilidade de modularidade das microrredes, isto é, a capacidade de expansão gradual conforme a demanda ou os recursos disponíveis, permite que projetos sejam dimensionados de forma economicamente mais racional, reduzindo os riscos financeiros associados a grandes investimentos iniciais (SCHNEIDER et al., 2023).
3.5 Modelos Arquitetônicos das Microrredes Solar e Eólica
As microrredes que utilizam fontes renováveis, especialmente solar e eólica, apresentam diferentes configurações arquitetônicas, projetadas para atender às especificidades de carga, localização, perfil de consumo e disponibilidade dos recursos naturais. De modo geral, destacam-se três arranjos predominantes: sistemas híbridos com múltiplas fontes, sistemas exclusivamente baseados em solar e eólica, e sistemas com integração de fontes complementares.
Os sistemas híbridos, que combinam energia solar, energia eólica, bancos de baterias e geradores de backup, geralmente movidos a diesel, configuram-se como a solução mais comum em áreas remotas, ilhas e comunidades isoladas. Este modelo busca otimizar a complementaridade entre as duas principais fontes renováveis, aproveitando a variabilidade dos regimes de vento e de insolação ao longo do dia e das estações. A presença de sistemas de armazenamento (baterias) é essencial para garantir a estabilidade do fornecimento, enquanto os geradores a diesel funcionam como suporte em situações de baixa geração renovável ou falhas no sistema (KAPAMBWE, 2012).
Existem microrredes exclusivamente compostas por sistemas solares e eólicos, geralmente dimensionadas com uma capacidade significativa de armazenamento para suprir as variações inerentes à intermitência dessas fontes. Esse arranjo, embora ambientalmente mais sustentável, impõe desafios técnicos e econômicos relacionados ao alto custo dos sistemas de armazenamento e à complexidade dos sistemas de controle (GHARIBVAND; GHAREHPETIAN; ANVARI-MOGHADDAM, 2024).
Observa-se a adoção de microrredes que realizam a integração com outras fontes complementares, como biomassa, microturbinas hidráulicas ou células a combustível. Essa configuração visa aumentar a resiliência e a confiabilidade do sistema, reduzindo a dependência de geradores a diesel e diversificando o portfólio energético, o que se reflete positivamente na sustentabilidade e na eficiência operacional do sistema (AKINYELE; OLABODE; AMOLE, 2020).
O dimensionamento dos bancos de baterias deve considerar também aspectos como a profundidade de descarga, a vida útil dos acumuladores e a estratégia de operação. A definição de algoritmos de controle eficientes, que equilibrem a geração, o armazenamento e o consumo, torna-se imprescindível para a sustentabilidade técnica e econômica da microgrid (SILVA et al., 2018).
A escolha entre microrredes isoladas (off-grid) e conectadas à rede (grid-connected) depende de múltiplos fatores técnicos, econômicos e operacionais, cada qual apresentando vantagens e limitações específicas. Os sistemas isolados são projetados para operar de forma totalmente autônoma, sem qualquer conexão com a rede elétrica convencional. Este modelo é particularmente indicado para localidades remotas onde a extensão da rede seria tecnicamente inviável ou economicamente proibitiva. As vantagens incluem a total independência da infraestrutura centralizada, a promoção da autonomia energética e a eliminação de custos relacionados à conexão. Contudo, os desafios são expressivos, destacando-se a necessidade de superdimensionamento dos sistemas de armazenamento e backup, além de maiores custos iniciais e operacionais para garantir a confiabilidade e a continuidade do serviço (SILVA et al., 2021).
As microrredes conectadas à rede operam de maneira interativa com o sistema elétrico convencional, podendo injetar excedentes de energia na rede ou consumir energia dela quando necessário. Esse arranjo oferece maior flexibilidade operacional, reduz a necessidade de grandes bancos de baterias e permite otimização econômica por meio de mecanismos como o net metering ou tarifas diferenciadas. A dependência parcial da rede elétrica implica vulnerabilidade em caso de falhas no sistema central, além de exigir complexos sistemas de sincronização e proteção para garantir a operação segura tanto em modo conectado quanto em modo isolado (modo ilha) (CARNEIRO, 2017).
3.5.1 Desafios e custos
A principal limitação associada às microrredes baseadas em energia solar e eólica reside na intermitência das fontes renováveis. A natureza variável da irradiância solar e da velocidade dos ventos impõe a necessidade de sistemas robustos de armazenamento, capazes de garantir a continuidade do fornecimento nos períodos em que a geração não atende à demanda (MARQUES, 2015).
Outro desafio relevante refere-se ao dimensionamento adequado dos componentes eletrônicos, tais como inversores, conversores DC/DC, conversores AC/DC e os próprios sistemas de controle. O correto dimensionamento desses elementos é importante para assegurar a estabilidade da tensão, da frequência e da qualidade de energia, além de prevenir sobrecargas e falhas operacionais (SAYED et al., 2022).
Em termos de custo, os sistemas conectados geralmente apresentam menor investimento inicial em armazenamento e menor custo operacional, devido à possibilidade de apoio da rede. A implementação depende da existência de uma infraestrutura de rede disponível e de regulamentações locais favoráveis. Já os sistemas isolados, embora mais onerosos inicialmente, oferecem maior autonomia e são a única opção viável em locais não atendidos pela rede (MARIANO et al., 2021).
Do ponto de vista da confiabilidade, os sistemas híbridos isolados podem ser projetados para alta resiliência, especialmente quando utilizam estratégias de gestão inteligente da energia, combinadas com fontes complementares e dimensionamento adequado dos recursos. Nos sistemas conectados, a confiabilidade está fortemente condicionada à qualidade e à estabilidade da rede elétrica principal (OLATOMIWA et al., 2016).
3.6 Estratégias de Controle e Gerenciamento de Energia
A gestão eficiente de microrredes integradas a fontes renováveis intermitentes, como a solar e a eólica, exige a implementação de estratégias avançadas de controle e gerenciamento de energia. Tais estratégias visam garantir o equilíbrio entre geração e demanda, a estabilidade da rede e a confiabilidade do suprimento energético. O controle do sistema pode assumir diferentes formas arquitetônicas, como o controle centralizado, distribuído ou hierárquico, cada qual com características específicas e níveis distintos de complexidade e robustez operacional.
O controle centralizado é baseado em uma unidade de controle única que gerencia todo o sistema de energia da microgrid. Essa abordagem permite um alto grau de supervisão e coordenação, sendo eficaz na otimização global dos recursos energéticos. Sua principal limitação reside na vulnerabilidade a falhas únicas e na necessidade de uma infraestrutura de comunicação robusta. O controle distribuído permite que cada elemento da microgrid tome decisões localmente, com base em algoritmos autônomos, favorecendo a escalabilidade e a resiliência do sistema (DOS SANTOS et al., 2019).
Entre essas duas abordagens encontra-se o controle hierárquico, que organiza o sistema em múltiplos níveis, primário, secundário e terciário. O nível primário regula variáveis básicas como tensão e frequência; o secundário realiza ajustes finos e compensações; enquanto o nível terciário lida com a gestão econômica e otimização da operação. Esta estratégia tem se mostrado eficaz em ambientes com múltiplas fontes de geração e armazenamento, como em microrredes híbridas, promovendo um equilíbrio entre centralização e autonomia local (NEVES et al., 2023).
Os sistemas de gerenciamento de energia (EMS – Energy Management Systems) desempenham papel fundamental na operação de microrredes. Esses sistemas são responsáveis por tomar decisões quanto à alocação de energia gerada, priorização de cargas críticas, acionamento de fontes de backup e utilização de bancos de baterias. Para microrredes baseadas em energia solar e eólica, o EMS é especialmente importante devido à variabilidade e imprevisibilidade dessas fontes (DA SILVA et al., 2024).
As tecnologias avançadas, como inteligência artificial e algoritmos de otimização, têm sido cada vez mais aplicadas ao controle e gerenciamento de microrredes. Algoritmos como Particle Swarm Optimization (PSO), algoritmos genéticos (GA), lógica fuzzy e técnicas de aprendizado de máquina são utilizados para previsão de geração, balanceamento de carga e tomada de decisões em tempo real. A previsão acurada da irradiação solar e da velocidade do vento, por exemplo, permite uma operação mais eficiente dos recursos disponíveis, reduzindo a necessidade de acionamento de geradores de backup ou o uso excessivo de baterias (CASTANHO et al., 2019).
No contexto da previsão de carga e geração, os métodos baseados em redes neurais artificiais e machine learning têm demonstrado capacidade superior à de modelos tradicionais, devido à sua habilidade de aprender padrões complexos a partir de grandes volumes de dados históricos. Tais modelos são utilizados para antecipar flutuações na produção de energia e ajustar a operação dos sistemas de armazenamento e distribuição de forma proativa, o que contribui significativamente para a estabilidade da microgrid (VIANA, 2025).
A gestão dos sistemas de armazenamento de energia é outro componente central no gerenciamento de microrredes com fontes intermitentes. As baterias de íons de lítio destacam-se pelo alto desempenho, densidade energética e maior vida útil em comparação com tecnologias tradicionais, como as baterias de chumbo-ácido. Outras tecnologias, como sistemas baseados em hidrogênio, também estão sendo exploradas como alternativas sustentáveis e com maior capacidade de armazenamento a longo prazo (MORAES et al., 2023).
O uso eficiente do armazenamento é essencial para mitigar os efeitos da intermitência e garantir a continuidade do fornecimento, especialmente em situações de operação isolada (off-grid). Estratégias como o load shifting, peak shaving e frequency regulation são utilizadas para otimizar o uso das baterias, evitando tanto o desgaste prematuro quanto a operação em regimes ineficientes. A implementação dessas estratégias requer integração entre sensores, controladores locais e sistemas de supervisão (SERRA et al., 2016).
3.7 Sistemas de Proteção Adaptados às Microrredes com Solar e Eólica
Diferentemente das redes tradicionais centralizadas, as microrredes operam com geração distribuída e possuem topologias dinâmicas, podendo funcionar tanto conectadas à rede principal quanto em modo ilhado. Essa flexibilidade operacional, embora vantajosa, impõe complexidades significativas à concepção e coordenação dos sistemas de proteção, exigindo abordagens adaptativas e inteligentes para garantir a confiabilidade e a segurança da operação.
As fontes renováveis intermitentes, como os sistemas fotovoltaicos e os aerogeradores, quando conectadas por meio de inversores eletrônicos de potência, não contribuem com inércia ao sistema. Isso compromete a capacidade de resposta frente a distúrbios e variações abruptas de carga ou geração. Em sistemas convencionais, a inércia dos geradores síncronos atua como um elemento estabilizador, amortecendo flutuações de frequência. A ausência dessa característica nos sistemas baseados em inversores exige que a proteção seja ajustada para responder de forma mais sensível e rápida às oscilações, sob o risco de comprometer a estabilidade da microrrede (PARENTE, 2018).
Um dos problemas críticos decorrentes da baixa inércia e da geração intermitente é a ocorrência de ilhamento não intencional, situação na qual uma parte da microrrede continua energizada por fontes locais após a desconexão da rede principal. Esse fenômeno pode representar risco à segurança de operadores e causar danos aos equipamentos, caso não seja detectado e isolado adequadamente. As técnicas convencionais de detecção de ilhamento, como o monitoramento de tensão e frequência, podem se mostrar ineficazes em microrredes com múltiplos inversores, sendo necessário adotar métodos mais robustos e sensíveis (VALLEJO, 2022).
A presença de múltiplos pontos de geração distribuída também afeta a seletividade e a coordenação das proteções tradicionais baseadas em sobrecorrente. Como as fontes renováveis nem sempre injetam corrente de curto-circuito suficiente para acionar as proteções convencionais, há um risco aumentado de falha na detecção de faltas ou na operação incorreta de dispositivos de proteção. Em vista disso, a utilização de relés adaptativos e sistemas de proteção baseados em comunicação torna-se essencial para garantir a adequada atuação das proteções em tempo real, ajustando os parâmetros conforme o modo de operação e o fluxo de energia (XU et al., 2023).
A proteção adaptativa se apresenta como uma solução promissora para os desafios impostos pelas microrredes com energia solar e eólica. Esse tipo de proteção ajusta dinamicamente suas configurações em resposta às mudanças topológicas e operacionais da rede, garantindo maior sensibilidade, seletividade e confiabilidade. O sistema pode, por exemplo, modificar curvas de atuação de relés, redefinir limites de corrente ou tensão de disparo e reconfigurar lógicas de coordenação conforme a transição entre os modos conectado e ilhado da microrrede (SAMPAIO, 2019).
Outra abordagem complementar envolve o uso do controle de frequência e tensão baseado em estratégias como o droop control, o qual simula o comportamento de geradores síncronos por meio de inversores. Essa técnica permite o compartilhamento de carga entre diversas unidades de geração distribuída sem necessidade de comunicação constante entre os dispositivos, promovendo maior estabilidade da rede. A eficácia do droop control depende do correto dimensionamento e calibração dos parâmetros, além da resposta eficaz dos inversores frente a variações rápidas de carga ou geração (POLONI et al., 2020).
A aplicação de algoritmos inteligentes, como redes neurais artificiais, lógica fuzzy e técnicas de aprendizado de máquina, tem se mostrado eficaz na detecção de anomalias e no suporte à tomada de decisão nos sistemas de proteção. Essas técnicas são capazes de identificar padrões complexos de falhas, prever a ocorrência de eventos adversos e otimizar a coordenação entre os dispositivos de proteção (TURCATO, 2020).
A sincronização entre os elementos da microrrede, especialmente durante as transições entre os modos ilhado e conectado, constitui outro aspecto crítico. A reintegração segura da microrrede à rede principal requer que os parâmetros elétricos, tensão, frequência e fase, estejam dentro de limites específicos, de modo a evitar surtos ou distúrbios. Sistemas de proteção modernos devem ser capazes de detectar automaticamente o momento apropriado para a ressincronização, além de garantir a operação segura dos inversores durante esse processo, mediante o uso de sincronizadores digitais e unidades de monitoramento em tempo real (AZEEM et al., 2021).
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A análise dos trabalhos selecionados evidencia que os microrredes integrados a fontes solar e eólica representam uma solução tecnicamente promissora para a descentralização da geração de energia elétrica, especialmente em contextos onde a expansão da rede convencional é inviável ou economicamente desvantajosa. As pesquisas revelam, de forma convergente, uma série de benefícios operacionais, econômicos e socioambientais, ao mesmo tempo em que destacam desafios estruturais e técnicos que ainda limitam a sua plena disseminação e operação eficiente.
Do ponto de vista técnico, os microrredes híbridos possibilitam o suprimento de energia elétrica contínua e com qualidade adequada, como demonstrado por De Albuquerque et al. (2021), mesmo em sistemas complexos com múltiplas fontes (solar, diesel e baterias). O uso de armazenadores de energia com controle avançado (droop control e inércia sintética), como testado por Silva et al. (2020), mostrou-se eficaz na mitigação de distúrbios de frequência e no suporte à estabilidade do sistema durante a transição entre modos de operação conectada e ilhada. No entanto, a complexidade de controle e o custo elevado dos sistemas de armazenamento ainda representam gargalos significativos.
Sob a ótica econômica e regulatória, estudos como o de Da Silva (2021) e Barbiero, Francato e Pinheiro (2024) mostram que, apesar da viabilidade técnica, o retorno financeiro ainda é dependente de incentivos regulatórios, modelos cooperativos ou tarifas diferenciadas (como a tarifa branca). O caso de uso em condomínios revelou uma redução de até 71,2% no investimento inicial e 36,3% no tempo de retorno, quando adotado um modelo de microrede compartilhada, o que reforça o potencial da geração cooperativa como vetor de democratização do acesso à energia renovável.
A Tabela 1 resume os principais benefícios e desafios observados nas microrredes com integração solar e eólica, conforme evidenciado nos estudos revisados:
Tabela 1 – Benefícios e Desafios dos Microrredes com Fontes Solar e Eólica
| Aspectos | Benefícios | Desafios |
| Técnico | – Maior resiliência energética – Integração com sistemas de armazenamento – Qualidade da energia | – Baixa inércia e estabilidade em modo ilhado – Complexidade dos sistemas de controle |
| Econômico | – Redução de custos em modelos cooperativos – Possibilidade de retorno financeiro com tarifa branca | – Alto custo inicial – Viabilidade dependente de políticas públicas e incentivos |
| Ambiental | – Redução das emissões de CO₂ – Substituição de geradores a diesel em áreas isoladas | – Impacto ambiental das baterias e descarte inadequado de componentes eletrônicos |
| Social | – Eletrificação de comunidades isoladas – Melhoria da qualidade de vida – Inclusão energética | – Necessidade de capacitação técnica local – Manutenção e operação especializada |
A partir da análise de Lima et al. (2022), observou-se o impacto positivo da implementação de microrredes híbridas em comunidades isoladas da região amazônica, promovendo melhoria na qualidade de vida, redução da dependência de combustíveis fósseis e acesso contínuo a serviços essenciais. O projeto relatado demonstrou a viabilidade de combinar energia solar com biomassa, adequando-se às condições locais de recursos naturais e infraestrutura precária, o que evidencia a adaptabilidade do modelo de microrredes às realidades regionais.
Por outro lado, Abuadub e Barra (2020) reforçam que o avanço tecnológico por si só não é suficiente. É necessário o desenvolvimento de arcabouços normativos e operacionais mais robustos, que promovam a integração de microrredes às redes principais com segurança, incentivem a pesquisa e garantam a estabilidade dos sistemas elétricos diante da crescente penetração de fontes intermitentes. O cenário atual, especialmente no Brasil, como discutido por Ribeiro (2023), carece de uma regulamentação específica e atualizada que trate das microrredes de maneira sistêmica, especialmente no que se refere à operação em modo ilhado e à sua interconexão com a rede de distribuição.
Verifica-se que, embora os benefícios técnicos, econômicos e socioambientais das microrredes com solar e eólica estejam bem consolidados na literatura, sua aplicação em larga escala depende da superação de desafios regulatórios, da redução dos custos de componentes como baterias e inversores, e da capacitação de mão de obra local. A tendência futura aponta para a evolução das redes inteligentes, que, integradas às microrredes, proporcionarão maior controle, flexibilidade e confiabilidade, conforme já observado em experimentos e simulações.
Os microrredes representam uma solução viável e estratégica para a transição energética sustentável, especialmente em contextos de difícil acesso e alta vulnerabilidade energética. A consolidação dessa tecnologia, contudo, requer um esforço conjunto entre academia, setor privado e poder público, a fim de alinhar inovação tecnológica com inclusão energética e desenvolvimento territorial.
5. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS.
O setor elétrico brasileiro apresenta uma matriz elétrica diversificada, dispersa e integrada, fundamentada em todas as fontes disponíveis no país. Com alto percentual de energias renováveis, em particular as hidrelétricas, além do crescimento de sistemas distribuídos, com o uso crescente de baterias e a otimização da geração e consumo de energia. A matriz elétrica do Brasil é responsável por baixas emissões de CO2 em comparação com a matriz energética global, assegurando a segurança energética e proporcionando impactos positivos importantes para toda a sociedade e também para o meio ambiente.
As fontes renováveis correspondem a 86% da matriz elétrica brasileira, uma das mais limpas do mundo. A geração hidrelétrica é a principal fonte entre as renováveis e deve receber incentivos por meio de políticas públicas para continuar a se expandir, especialmente a geração por meio de PCHs e CGHs, dada suas vantagens ambientais e econômicas.
A crescente inserção de fontes intermitentes, como a solar e a eólica, no contexto da geração distribuída, representa uma tendência irreversível e estratégica para a consolidação de um sistema elétrico mais resiliente, sustentável e descentralizado. As microrredes surgem como solução tecnológica e operacional para viabilizar essa integração, permitindo o aproveitamento de recursos locais, a mitigação de perdas por transmissão e o atendimento eficiente a comunidades remotas, áreas rurais e regiões de difícil acesso.
Este estudo destacou os benefícios e desafios associados às microrredes híbridas com fontes solar e eólica, evidenciando que, embora os avanços tecnológicos e os modelos de negócios estejam em expansão, persistem gargalos relacionados ao armazenamento de energia, à estabilidade operacional em modo ilhado, ao custo dos sistemas e à ausência de uma regulamentação específica no Brasil.
Como perspectivas para trabalhos futuros, destaca-se a necessidade de aprofundar os estudos sobre modelos de controle avançado, capazes de lidar com a variabilidade das fontes renováveis e manter a qualidade da energia fornecida. Também se faz essencial o desenvolvimento de metodologias de dimensionamento técnico-econômico que considerem a realidade socioambiental de diferentes regiões brasileiras, especialmente em comunidades isoladas da Amazônia, do semiárido e de territórios indígenas.
Recomenda-se, ainda, o fortalecimento de políticas públicas de incentivo à geração distribuída, à pesquisa em armazenamento energético e à regulamentação das microrredes, com vistas a garantir a viabilidade técnica, econômica e ambiental desses sistemas, alinhando-se aos compromissos nacionais e internacionais de descarbonização e justiça energética.
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