Sistemas Fotovoltaicos (SFV) são vulneráveis às descargas atmosféricas², que podem atingi-los diretamente (imagem 1), danificando a sua infraestrutura, perfis, placas e cabos, ou indiretamente através do pulso eletromagnético devido às descargas atmosféricas (Lightning Electromagnectic Impulse(LEMP)), que pode comprometer os componentes eletrônicos como as células fotovoltaicas, ou os inversores.
Como um SFV trabalha diretamente exposto à luz do sol e consequentemente às descargas atmosféricas é necessário proteger as instalações de um SFV aos efeitos diretos e indiretos dos raios³. Entre os componentes mais sensíveis aos surtos de tensão e corrente causados por descargas atmosféricas ou chaveamentos na própria instalação estão os inversores solares devido a presença de componentes semicondutores em seu interior.
Pelo exposto anteriormente, várias normas técnicas nacionais e internacionais apresentam recomendações e procedimentos para a proteção de SFV contra as consequências de uma descarga atmosférica. Entre essas têm particular importância os seguintes documentos:
1) ABNT NBR 5419-4:2015 Versão Corrigida:2018; Proteção contra descargas atmosféricas Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura.
2) ABNT NBR 16690:2019; Instalações elétricas de arranjos fotovoltaicos – Requisitos de projeto.
3) IEC 61643-32:2017, Low-voltage surge protective devices – Part 32: Surge protective devices connected to the d.c. side of photovoltaic installations – Selection and application principles.
Uma das principais medidas de proteção para evitar danos aos SFV causados por uma descarga atmosféricas está a instalação de Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) na entrada e na saída dos inversores solares. No caso do lado CC dos inversores esses DPSs devem ter características especificas, especialmente desenvolvidas para as necessidades de uma instalação em corrente contínua, fornecida diretamente a partir de painéis solares.
A improvisação de um DPS de energia convencional (corrente alternada) para a proteção da entrada do inversor causará problemas para a instalação, porque antes ou após um surto as solicitações que um DPS terá que atender em CC serão significativamente diferentes daquelas existentes em corrente alternada.
Como melhor opção para o fornecimento de dispositivos de proteção contra surtos para as suas string-box, ou fornecimento para os seus clientes, a Proauto Electric desenvolveu uma parceria com a DEHN4, tradicional fabricante alemão de materiais para a proteção contra descargas atmosféricas, dispositivos de proteção contra surtos e equipamentos de segurança coletiva e individual.
Entre os diferenciais mais importantes que os DPS FV da DEHN possuem para garantir uma proteção eficaz contra surtos de tensão e corrente em SFV encontram-se:
– Ensaio dos DPSs tipo I+II nas suas respectivas curvas de ensaio, 10/350µs, simulando o efeito de uma descarga atmosférica direta, ou 8/20µs, equivalente a uma corrente elétrica induzida por um raio. Como a duração da corrente de surto é tão importante quanto a sua intensidade máxima (KA), se o DPS não for ensaiado em laboratório através de um gerador que reproduza o mais fielmente possível o seu comportamento quando submetido à uma corrente de surto, só será possível saber se o DPS irá atuar corretamente ou não quando estiver instalado, o que poderá ter consequências catastróficas para a instalação (vídeo 1).
– Tecnologia de desconexão SCI para interrupção de um curto circuito em corrente contínua (imagem 2, vídeo 1). O sistema de desconexão SCI da DEHN assegura a retirada do DPS do circuito em caso de sobrecarga. Mecanismos de desconexão convencionais não são adequados para sistemas em corrente contínua porque não evitam que um DPS entre em combustão pela formação de um arco elétrico. Para evitar esta possibilidade a tecnologia SCI acrescenta ao mecanismo de desconexão um “by-pass” da corrente de falta que impede que ela passe pelos componentes principais do DPS, evitando assim que eles sejam sobrecarregados e dissipem uma quantidade de calor, energia, que comprometa a sua integridade. Caso aconteça uma sobrecarga no DPS, o desconector irá atuar e o arco será extinto através da sua condução por um desvio (by-pass) de baixa impedância”, onde um fusível interromperá as correntes de seguimento, retirando em segurança o DPS do circuito. A tecnologia SCI garante que o DPS da DEHN atenda as exigências das normas EN 50539-115, IEC 62548:20166 e as já citadas IEC 61643-32:2017 e ABNT NBR 16690:2019.
– Menor nível de proteção. Os DPSs da DEHN possuem nível de proteção inferior à suportabilidade dos inversores solares indicado pelas normas desses equipamentos. Como surtos de tensão comprometem a vida útil dos equipamentos eletrônicos, mesmo que não os danifiquem imediatamente, quanto menor for a tensão nos terminais de um DPS durante a passagem da corrente de surto por ele, tensão residual, menos exposto a desgastes estará o inversor. Por este motivo os DPSs da DEHN procuram limitar o seu nível de proteção, maior valor da tensão residual, a valores abaixo do que indicam as normas técnicas para SFV.
– Configuração em Y. O circuito de proteção em Y reduz a vulnerabilidade dos DPSs DEHN a faltas, através da divisão da tensão do sistema nos polos positivo e negativo sempre entre dois módulos de proteção, evitando assim que apenas um único modulo seja submetido ao valor total da tensão de defeito.
Além das características específicas para a proteção de SFV, existem outros aspectos dos DPSs da DEHN que contribuem para que eles sejam mais seguros e confiáveis:
– Codificação das bases após a inserção dos módulos, evitando que um módulo com a tensão nominal errada seja instalado.
– Certificação do DPS emitida por laboratórios terceiros independentes, com os certificados disponíveis na sua página no endereço da DEHN.
– Sistema de travamento dos módulos na base com certificação de suportabilidade a vibração, para evitar mau contato na proteção contra surtos.
Sistemas fotovoltaicos devem fornecer energia para seus proprietários por longo prazo. Por isso a sua vulnerabilidade às descargas atmosféricas deve ser reduzida através da utilização das normas técnicas relacionadas a esta forma de geração de energia. A Proauto Eletctric atenta aos desafios da geração fotovoltaica tem trabalhado com a DEHN para que os SFV brasileiros sejam protegidos com o que melhor existe na proteção contra surtos.
Referências:
1) Proauto Electric, http://www.proauto-electric.com/
2) A vulnerabilidade dos sistemas fotovoltaicos. Portal Universo Lambda. http://universolambda.com.br/a-vulnerabilidade-dos-sistemas-fotovoltaicos/
3) A proteção de sistemas fotovoltaicas contra as descargas atmosféricas. Portal Universo Lambda. http://universolambda.com.br/a-protecao-de-sistemas-fotovoltaicas-contra-as-descargas-atmosfericas/
4) DEHN, https://www.dehn-international.com/en/lightning-and-surge-protection-photovoltaic-systems
5) EN 50539-11:2013/A1:2014. Low-voltage surge protective devices – Surge protective devices for specific application including d.c. – Part 11: Requirements and tests for SPDs in photovoltaic applications.
6) IEC 62548:2016. Photovoltaic (PV) arrays – Design requirements.
