O QUE VOCÊ PRECISA SABER SOBRE DE SEGURANÇA EM SISTEMAS FOTOVOLTAICOS
Apesar do crescimento acelerado, o uso da energia solar no Brasil ainda é pequeno, mas as perspectivas de crescimento animam… Estimativas apontam que em 2018 o Brasil deverá figurar entre os 20 países com maior geração de energia solar e, em 2050, 18% dos domicílios brasileiros contarão com geração fotovoltaica, representando 13% da demanda total de eletricidade residencial.
A queda do dólar e dos preços internacionais de painéis contribuem para o crescimento do uso de Energia Solar fotovoltaica. A característica empreendedora do brasileiro vem motivando o surgimento de um grande número de novas empresas de Energia solar fotovoltaica, trabalhando principalmente em projetos residenciais.
Independente do porte da usina ou do gerador fotovoltaico, essas empresas devem observar às necessidades de atenderem à normatização nacional e internacional para assegurar que os critérios técnicos sejam seguidos.
O Comitê Brasileiro de Eletricidade da ABNT vem dedicando esforços para suprir o Mercado com informações sobre os critérios que devem ser observados nas instalações de sistemas fotovoltaicos.
A princípio, pode-se dizer que a instalação de um gerador solar fotovoltaico deve seguir as normas brasileiras de instalações elétricas, que são: NBR 5410 para baixa tensão, e NBR 14039 para média tensão. Deve-se observar que essas normas apresentam requisitos gerais e tais instalações em função de suas peculiaridades, necessitam de normas com requisitos específicos. Estas normas específicas apresentam prescrições que complementam, modificam ou substituem aquelas contidas nas normas com requisitos gerais.
Fig.1 - Circuito do arranjo fotovoltaico e circuito de aplicação
O primeiro aspecto a considerar é a parte do circuito em foco. A figura 1 mostra uma subdivisão entre circuito do arranjo fotovoltaico e o circuito de aplicação. Para o circuito de aplicação, a base é a norma de instalações elétricas.
Do ponto de vista da normatização, o circuito do arranjo fotovoltaico gera mais dificuldades, exigindo uma norma específica, com requisitos particulares para projeto e instalações dos arranjos fotovoltaicos. Esta norma já está em fase final de elaboração pela Comissão CE-03:64.01 - Instalações elétricas de baixa tensão, do Comitê Brasileiro de Eletricidade da ABNT.
Requisitos do circuito do arranjo FV
O arranjo fotovoltaico é definido como um conjunto de módulos ou sub-arranjos fotovoltaicos (parte de um arranjo fotovoltaico que pode ser considerada uma unidade) mecânica e eletricamente integrados, compreendendo a estrutura de suporte. Um arranjo fotovoltaico não inclui sua fundação, aparato de rastreamento, controle térmico e outros elementos similares.
Para as instalações elétricas de arranjos fotovoltaicos, em função de suas especificidades, são necessários requisitos complementares ou particulares, que incluam disposições sobre o cabeamento em corrente contínua, dispositivos de proteção elétrica, dispositivos de chaveamento, aterramento e equipotencialização. Um aspecto essencial a ser considerado nesses requisitos é o fato de a geração fotovoltaica e todo o circuito do arranjo operarem em corrente contínua. E o desempenho dos componentes em corrente contínua é diferente daquele em corrente alternada.
É importante destacar que, antes de tudo, um circuito de arranjo fotovoltaico é um circuito elétrico, e deve atender os requisitos de segurança estabelecidos pela NBR 5410. No capítulo 5, essa norma determina medidas de proteção que devem ser atendidas em todas as instalações elétricas de baixa tensão, inclusive as de fotovoltaico, a saber:
proteção contra choques elétricos;
proteção contra efeitos térmicos;
proteção contra sobrecorrente;
proteção contra sobretensões e perturbações eletromagnéticas; e
proteção contra efeitos de falhas de isolamento.
Essas medidas de proteção visam garantir a segurança das pessoas e dos bens; portanto, não podem ser negligenciadas. Se, por acaso, deixam de ser seguidas, não é por que a norma dispensa o seu cumprimento, mas sim por que o profissional de instalação não entendeu a abrangência da normalização ou mesmo não conhece a norma.
Fig.2 - Arranjo fotovoltaico
A seção de proteção contra os efeitos de falhas de isolamento pode ser tomada como exemplo para entendimento da norma de requisitos particulares. Na NBR 5410, esta seção está implícita na seção de proteção contra choques por contato indireto (chamada na NBR 5410:2004 de proteção supletiva). Já na futura norma de instalações fotovoltaicas, em função da importância deste tema, foi criada uma seção específica para tratar da proteção contra este tipo de falha.
Outro aspecto fundamental é a seleção dos componentes para o circuito de arranjo FV, os quais devem satisfazer as condições particulares de serviço e as influências externas existentes neste tipo de instalação, como as intempéries e o efeito das radiações solares. As instalações fotovoltaicas — e todas as instalações elétricas — devem ser classificadas quanto às influências externas de acordo com a seção 4.2.6 da NBR 5410, e a seleção dos componentes deve ser feita de forma adequada segundo a seção 6.1.3.2. Deve-se considerar ainda que a característica intrínseca de todos os painéis ou módulos fotovoltaicos é a geração de energia em corrente contínua. Portanto, todos os componentes devem ser apropriados para este uso.
A seguir, são apresentados alguns componentes das instalações FV e suas características, considerando tanto a natureza da corrente gerada quanto as condições de influências externas específicas das instalações FV.
Disjuntores
A dificuldade de interromper uma corrente contínua não é igual à da corrente alternada. Em corrente contínua, o dispositivo tem de interromper uma corrente sob uma tensão constante; já em corrente alternada, a tensão passa pelo zero a cada 8,33 ms (em rede de 60 Hz, como no Brasil).
Existem disjuntores desenvolvidos especialmente para interrupção de corrente contínua, embora alguns disjuntores de corrente alternada possam ser adaptados para uso em corrente contínua. Neste caso, normalmente, deve ser alterada a capacidade de interrupção de corrente do disjuntor que pode ser usado tanto em corrente contínua quanto em corrente alternada, sendo o valor de uma corrente de curto‐circuito em corrente contínua inferior ao da corrente alternada. Vale dizer que há disjuntores que não estão aptos a trabalhar em corrente contínua e, portanto, não podem ser utilizados nas instalações de arranjo FV.
DPS
Na maioria das vezes, uma instalação fotovoltaica localiza‐se em regiões com classificação de influências externas de raios AQ3, isto é, com riscos provenientes da exposição dos componentes da instalação à descarga direta dos raios. Esta condição obriga a instalação de dispositivos de proteção contra surtos : DPS.
Fig.3 - Dois tipos de DPS: o convencional e o utilizado em sitemas FV
Foram desenvolvidos dispositivos DPS específicos para as redes fotovoltaicas, que operam em corrente contínua, testados com requisitos adequados aos sistemas FV, como, por exemplo, baixa corrente de curto‐circuito. O teste de final de vida útil garante que o DPS suporta a corrente de curto‐circuito dos módulos fotovoltaicos, dispensando assim a proteção contra sobrecorrentes por disjuntor ou fusível para o final da vida útil. Esses DPS devem estar em conformidade com a norma EN 50539‐11. A figura 3 ilustra a ligação dos dois tipos de DPS.
Cabos
Os cabos para instalações FV são usados nas interligações de painéis, sub-arranjos e caixas de junção. Transportam corrente contínua e são aplicados principalmente em instalações externas, fixados em suportes, bandejas, leitos, dutos ou ao ar livre, sujeito às intempéries. Portanto, devem atender requisitos de resistência à radiação ultravioleta e serem não propagantes de fogo, sendo desejável também que sejam livres de halogênio. Os requisitos de influências externas garantem bom desempenho das conexões ao longo de toda a vida útil.
Requisitos do circuito de aplicação
O circuito de aplicação é a instalação consumidora propriamente dita, que pode ser em corrente alternada — utilizando para isso um inversor, até mesmo para possibilitar injeção da energia excedente na rede pública, dado o caso — ou corrente contínua, que pode ser realidade no futuro.
Essa parte da instalação está praticamente coberta pela NBR 5410, sendo necessários, para a próxima revisão, pequenos ajustes para abranger o avanço da geração fotovoltaica no País. Por exemplo, é necessário considerar a possibilidade de circuitos de distribuição em corrente contínua — a norma brasileira de instalações elétricas trata vagamente desse assunto. Atualmente, vários equipamentos são alimentados internamente em corrente contínua, exigindo componentes de conversão de corrente alternada em contínua, como lâmpadas LED, notebook, desktop, celulares, aparelhos de televisão, instrumentos de medidas, etc. Embora a NBR 5410 ainda não apresente requisitos particulares de forma detalhada, a atual edição contém requisitos gerais, sendo aplicada aos circuitos elétricos alimentados sob tensão nominal igual ou inferior a 1500 V em corrente contínua.
Principalmente nas instalações fotovoltaicas de pequeno porte, destinadas a alimentar uma edificação, substituindo ou complementando a alimentação pela rede pública de distribuição de energia elétrica, alguns aspectos devem ser ressaltados como requisitos dos circuitos de aplicação. O primeiro é que o gerador fotovoltaico é uma fonte. Embora isto esteja implícito, muitas vezes não são consideradas as prescrições de segurança relativas a fontes na conexão do circuito do arranjo (gerador fotovoltaico) com o circuito de aplicação.
Conclusão
O atendimento da NBR 5410 já é de grande valia para a segurança de um projeto e instalação de sistemas FV, tanto nos circuitos do gerador quanto nos circuitos de aplicação. O maior problema é a interpretação incorreta das prescrições da norma geral. Enquanto não é publicada pela ABNT a norma de requisitos particulares para instalações fotovoltaicas, uma solução é utilizar a norma internacional IEC 62548, que é a base da futura norma brasileira.
