O que seria fotovoltaica – Glauco Diniz Duarte

Com o avanço da energia solar fotovoltaica no mundo, em especial no Brasil, abriu-se espaço para vários profissionais buscarem uma oportunidade no mercado de trabalho, atuando como integradores. Os integradores são profissionais que fazem a ligação entre os distribuidores de materiais fotovoltaicos e o cliente final, especificando os equipamentos fotovoltaicos, desenvolvendo projetos, realizando os trâmites com a concessionária de energia, instalando o sistema fotovoltaico e solicitando a conexão do sistema à rede elétrica.

Acontece que muitos dos integradores não possuem formação técnica adequada, principalmente em áreas relacionadas à Engenharia Elétrica. Devido à falta de preparo  é comum depararmos com alguns erros frequentes em instalações fotovoltaicas. É importante ressaltar que uma instalação fotovoltaica não foge das normas e regras de uma instalação elétrica, por isso, deve ser executada por profissionais habilitados.

Este artigo, apresentará 10 erros comuns em instalações fotovoltaicas que devem ser evitados para se garantir segurança e uma boa performance do sistema.

1 – Proteções de corrente alternada (CA) e corrente contínua (CC) em uma mesma caixa de junção

Os módulos fotovoltaicos produzem energia em corrente contínua. Essa corrente é transportada através de cabos até um aparelho chamado inversor, que tem, como uma de suas funções, converter a corrente contínua em corrente alternada, que é a forma de onda de corrente e tensão utilizados na maioria dos aparelhos domésticos e industriais.

É importante utilizar proteções ( fusíveis/disjuntores, chave seccionadora e dispositivos de proteção contra surtos) tanto na entrada do inversor, em corrente contínua, quanto na saída dele, em corrente alternada. As proteções e os circuitos devem permanecer em locais separados, ou seja, utilizar eletrodutos, bandejamento e caixas de proteções para cada tipo de corrente.

A NBR 5410, que apresenta as condições mínimas de segurança para  instalações elétricas de baixa tensão traz o seguinte trecho:

4.2.5.7 Quando a instalação comportar mais de uma alimentação (rede pública, geração local, etc.), a distribuição associada especificamente a cada uma delas deve ser disposta separadamente e de forma claramente diferenciada das demais. Em particular, não se admite que componentes vinculados especificamente a uma determinada alimentação compartilhem, com elementos de outra alimentação, quadros de distribuição e linhas, incluindo as caixas dessas linhas, salvo as seguintes exceções:

 

1. circuitos de sinalização e comando, no interior de quadros;

2. conjuntos de manobra especialmente projetados para efetuar o intercâmbio das fontes de alimentação;

3. linhas abertas e nas quais os condutores de uma e de outra alimentação sejam adequadamente identificados.

Como uma instalação fotovoltaica não se enquadra em nenhuma dessas exceções, conclui-se que as fontes de alimentação (CC e CA) devem permanecer em recipientes separados.

Mas por que não se deve utilizar duas fontes de alimentação em um mesmo quadro? A resposta é simples: é comum no Brasil pessoas sem qualificação técnica mexerem nas instalações elétricas, como nos quadro de disjuntores. Acontece que, em corrente alternada, a tensão normalmente é em torno de 220 V, em alguns casos 380V. Já a tensão em circuitos de corrente contínua de sistemas fotovoltaicos facilmente atinge o valor próximo de 1000V. Por hábito, as pessoas costumam desligar o disjuntor CA quando vão trabalhar em quadros de distribuição. Entretanto, em uma string box com fontes de alimentação diferentes, o simples desligamento do disjuntor de corrente alternada, não irá desenergizar o lado de corrente contínua, o que é um risco para a integridade física de um operador inexperiente.

A proteção dos trechos CA e CC devem ser dimensionadas de maneira correta e com dispositivos próprios para cada tipo de corrente. Um exemplo clássico de erro cometido é a utilização de disjuntores, fusíveis ou chaves seccionadoras de corrente alternada para fazer a proteção nas string box de corrente contínua. Caso este erro seja cometido, em uma eventual falha, a proteção não irá atuar, colocando em risco os componentes do sistema. É fundamental a utilização de componentes de boa qualidade, certificados por órgãos responsáveis.

2 – Falta de equipotencialização e aterramento

Nesse tópico, para um melhor entendimento do assunto, é necessário um conceito prévio, que é a definição de massa:

Massa (ou parte condutiva exposta) – parte condutiva que pode ser tocada e que normalmente não é viva, mas pode tornar-se viva em condições de falta, isto é, de falha de isolamento. Um invólucro metálico de um equipamento elétrico é o exemplo típico de massa

Nas instalações fotovoltaicas os módulos são fixados em algum tipo de estrutura. Na grande maioria das vezes essa estrutura é metálica, seja em telhado ou solo. O próprio módulo, possui um frame de alumínio para garantir proteção, resistência mecânica e uma montagem segura dos módulos. Essas partes metálicas são consideradas massas, e devem ser equipotencializadas conforme texto retirado da NBR 5410, exposto abaixo:

No ítem 5.1.2.2.3.1, diz que “Todas as massas de uma instalação devem estar ligadas a condutores de proteção” e também no item 5.1.2.2.3.4 “Massas simultaneamente acessíveis devem estar vinculadas a um mesmo eletrodo de aterramento, sem prejuízo de equipotencialização adicionais que se façam necessárias para fins de proteção contra choques e/ou de compatibilidade eletromagnética”.

Traduzindo, todas as partes metálicas como frame dos módulos, estrutura de fixação, carcaça de transformador e do inversor devem ser equipotencializadas, ou seja, interligadas por condutores de proteção, de modo que não haja diferença de potencial entre elas.

Dessa maneira em uma eventual falta de isolação, essas partes metálicas que são naturalmente condutoras de energia, estando devidamente equipotencializadas, não coloca em risco a vida de seres vivos que estejam em contato com as massas no momento de uma falta.

Para que a equipotencialização seja eficaz  é necessário que haja um sistema de aterramento adequado na instalação para garantir a segurança de todas as pessoas que frequentam o ambiente em que o sistema foi instalado.

3 – Estrutura da instalação fotovoltaica inadequada

É comum ouvir que as instalações fotovoltaicas são feitas para durar no mínimo 25 anos, que é o tempo em que os fabricantes garantem que os módulos fotovoltaicos terão uma eficiência de no mínimo 80%. Para que a instalação fotovoltaica atinja essa vida útil, é necessário tomar alguns cuidados com a estrutura em que os módulos são instalados.

Em caso de instalações em telhados, recomenda-se que seja feita uma análise estrutural por um profissional habilitado, certificando que a estrutura do telhado está pronta para receber a carga dos módulos. Muitas vezes na ânsia de vender um sistema a qualquer custo, essa análise não é feita e em eventuais tempestades, ou condições atmosféricas adversas, a instalação pode ser danificada.

A mesma análise deve ser realizada em estruturas de solo. É preciso garantir uma estrutura robusta o suficiente para suportar intempéries, degradação e demais problemas que possam aparecer ao longo de 25 anos. A imagem abaixo mostra uma estrutura robusta, feita com aço galvanizado, realizada pela Sharenergy.

4 – Andar sobre os módulos fotovoltaicos

Em algumas edificações a área disponível para instalações dos módulos fotovoltaicos é bem restrita, o que leva o integrador a  instalar os módulos bem próximos uns aos outros, como se pode observar na figura abaixo:

Nesses casos a manutenção da instalação fotovoltaica fica muito prejudicada, uma vez que não se tem acesso a eventuais módulos defeituosos sem pisar em cima de outros. É aí que está o principal problema: apesar dos módulos serem super resistentes, suportando inclusive chuvas de granizo, eles não foram projetados para serem pisados. No vídeo abaixo utiliza-se a eletroluminescência para mostrar os danos nas células ao caminhar sobre os módulos fotovoltaicos:

Esses danos, apesar de na maioria das vezes serem vistos apenas com a utilização de equipamento próprio, representa um prejuízo de geração, diminuindo a capacidade total de geração de cada módulo além de dar início a formação de “hot spots” que, em casos extremos, podem dar inicio a um incêndio.

5 – Módulos com diferentes orientações em uma mesma string

Nos sistemas em que não são utilizados microinversores ou otimizadores de potência, é comum a utilização dos chamados string inverters, que são inversores alimentados por conjunto de módulos em série e paralelo. Esses inversores possuem entradas com sistemas chamados de MPPT, que otimizam o ponto de maior potência disponível no conjunto de módulos, em intervalos de tempo.

Alguns inversores possuem apenas uma entrada de MPPT, outros já possuem duas ou mais. O conjunto de módulos ligados em cada entrada de MPPT devem estar orientados em uma mesma direção e inclinação. Em telhados com diferentes orientações, muito recortado, se os módulos estiverem em direções e inclinações diferentes, ligados a uma mesma entrada de MPPT, haverá uma perda de geração de energia considerável, fazendo com que o MPPT não consiga trabalhar em seu ponto de máxima potência.

6 – Falta de segurança em trabalhos em altura

Uma parte significativa das instalações fotovoltaicas são feitas em telhados, locais com altura acima de 2 metros. Segundo trecho da NR 35, norma que estabelece os requisitos mínimos de proteção e segurança para trabalhos em altura, “35.1.2 Considera-se trabalho em altura toda atividade executada acima de 2,00 m (dois metros) do nível inferior, onde haja risco de queda.”.

Isso significa que, para realizar instalações em telhados, com altura acima de 2,0 metros, o profissional deve ser habilitado, e capacitado com, no mínimo, um curso de NR 35. Há diversos procedimentos de seguranças que devem ser observados e respeitados quando se vai realizar um trabalho em altura. O uso de linhas de vida, com talabarte preso à ela é uma prática básica que deve ser respeitada.

É fundamental assegurar a integridade física e a vida de todos os profissionais que executam uma instalação e também de pessoas que frequentam o mesmo ambiente em que o sistema é instalado. A ocorrência de um acidente em trabalhos em altura pode levar o profissional à óbito ou invalidez. O não cumprimento dessas normas, trazem sérios danos e responsabilidades à empresa integradora em caso de acidentes.

7 – Uso de ferramentas inadequadas durante a instalação

O uso de ferramentas corretas é fundamental para execução de qualquer instalação que envolve eletricidade, e com a fotovoltaica não é diferente. Os cabos elétricos que fazem o transporte da corrente contínua dos módulos até o(s) inversor(es) possuem em suas extremidades conectores, conhecidos como conectores MC4. A crimpagem dos cabos deve ser feita com um alicate específico de modo que o conector fique preso sem folgas. Uma má conexão pode ocasionar pontos quentes resultando em focos de incêndio, como pode ser observado na imagem abaixo:

Assim como nos cabos, todas as demais conexões devem ser conferidas: nos quadros de distribuição, barramento de energia, string box e transformador, quando for o caso. É aconselhável utilizar conectores de um mesmo fabricante garantindo o melhor encaixe entre as peças e diminuindo consideravelmente o risco de falha.

8 – Instalação dos módulos fotovoltaicos em áreas com muito sombreamento

O sombreamento é o inimigo número 1 dos sistemas fotovoltaicos. Os módulos possuem células fotovoltaicas que são conectadas em série internamente. Nesse tipo de conexão, a corrente é a mesma para todo conjunto. A mesma definição se aplica para conjunto de módulos ligados em série, ou seja, quando se há sombreamento em apenas uma parte do módulo, ele irá produzir uma corrente inferior à nominal, afetando a produção de energia desse módulo. Acontece que, na maioria das vezes os módulos também estão em série, ou seja, se há sombreamento em um ou mais módulos, a corrente dele(s) será inferior e irá afetar todo o conjunto de módulos conectados em série.

Concluindo, sistemas fotovoltaicos instalados em área com constante sombreamento, tem uma perda de geração bastante expressiva, e muitas vezes não é feita uma análise de sombreamento detalhada, levando a uma eficiência do sistema muito abaixo do que foi vendido ao cliente. É importante relembrar que, em sistemas em que se utiliza microinversores ou otimizadores de potência, essa perda é minimizada, uma vez que o conceito de série não é aplicado a esses sistemas.

9 – Sobredimensionamento do sistema fotovoltaico

No dimensionamento de um sistema fotovoltaico leva-se em conta a potência de módulos e a potência do inversor ou conjunto de inversores. Quando se fala que um módulo tem uma potência de 330 W, essa potência é alcançada em condições de laboratório, que em STC (Standart Test Conditions) o módulo é submetido a uma radiação de 1000 W/m², temperatura de 25°C e massa de ar de 1,5. Esses valores não correspondem à realidade em que os módulos operam no dia a dia, pois cada instalação fotovoltaica está submetida a uma condição de radiação, temperatura e massa de ar diferente.

Como a geração dos módulos varia de acordo com as condições em que ele está submetido, é comum utilizar a potência dos módulos superior à potência do inversor. Dessa forma o inversor trabalha mais próximo de sua potência nominal, seguindo uma maior curva de eficiência.

Porém, esse sobredimensionamento do sistema fotovoltaico deve ser analisado cuidadosamente em cada caso, observando assim, as condições atmosféricas no qual o sistema será instalado. Um sistema instalado na europa, em países de clima temperado, comporta de maneira distinta quando comparado a um sistema instalado em países tropicais como o Brasil. Um dimensionamento feito de maneira incorreta pode ocasionar em problemas no sistema, como a redução da vida útil do inversor.

É importante também ficar atento ao dimensionamento das strings para que a tensão do conjunto de módulos não ultrapasse a tensão de suportabilidade de entrada do inversor. O inversor possui uma tensão máxima de isolação, e se essa tensão for superada há grande risco de queima do equipamento.

10 – Instalação de sistemas fotovoltaicos em locais com SPDA

Principalmente em edificações comerciais e industriais é comum encontrarmos sistemas de proteção a descarga atmosférica (SPDA). Nesses locais, antes da instalação do SPDA, é feito um estudo de proteção de áreas que são consideradas com maior probabilidade da incidência de raios.

Quando se instala um sistema fotovoltaico em uma edificação que já possui um sistema SPDA, é de extrema importância solicitar ao responsável pelo imóvel uma análise do SPDA após a instalação do sistema fotovoltaico, para se garantir que a área coberta pela instalação fotovoltaica esteja protegida. Caso contrário, é necessário uma readequação do SPDA garantindo assim que não haja incidência de raios nos módulos. Caso uma instalação fotovoltaica desprotegida seja atingida por descargas atmosféricas, a vida de pessoas pode ser colocada em risco. Além disso, há a possibilidade de queima de vários equipamentos elétricos, uma vez que, em vez de a corrente de surto ser dissipada pelo SPDA, ela irá para dentro da edificação.