INTRODUÇÃO

Sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica de energia (ou sistemas On- Grid) são construídos a partir da conexão de múltiplos componentes elétricos e mecânicos. As conexões entre esses componentes permitem realizar a captação, condução, transformação e a injeção de energia útil para a rede elétrica do cliente e da concessionária.

Em geral, sistemas de pequeno porte ou micro geração distribuída (<75kW) são compostos de módulos fotovoltaico (FV), estrutura de sustentação, cabos e conectores elétricos, caixas de junção ou stringbox, e inversor(es). Por outro lado, instalações de Mini geração distribuída (>75kW) podem conter equipamentos adicionais como seguidor solar (tracker), transformador, equipamentos de medição e proteção em média ou baixa tensão, sistema de captação de raios e aterramento etc. Nesse sentido, a complexidade de um sistema fotovoltaico (FV) aumenta de acordo com a sua potência instalada em kW. Um sistema de maior porte produz mais energia, ao custo de um maior número de componentes e de pontos que podem ser danificados ou apresentarem falhas.

Para que haja fluxo de energia dos módulos FV em direção a rede elétrica a conexão desses componentes devem ser realizadas de forma apropriada. Além do mais, deve-se seguir os padrões de segurança, as boas práticas de engenharia e utilizar equipamentos de qualidade e certificados pelos órgãos responsáveis.

Antes de energizar qualquer instalação FV é importante realizar os testes de comissionamento e seguir os critérios de inspeção para garantir a segurança da instalação e a operação correta do sistema. No Brasil a NBR 16274 estabelece os documentos e requisitos para realizar o comissionamento e verificação do desempenho do sistema FV On-Grid.

Os erros de instalação, principalmente, resultam em sistemas com desempenho abaixo do esperado ou mesmo em sistemas inoperantes (e.g., inversor não liga ou não produz energia), além de comprometer a segurança da instalação. O impacto das falhas é refletido ao cliente final como dias sem compensação energética e, potencialmente, perdas financeiras devido ao atraso no processo de instalação e comissionamento.

O objetivo deste artigo é apresentar ao leitor quais são os pontos mais suscetíveis de falhas em sistemas FV e como diagnosticar as causas prováveis de um sistema inoperante. Nos parágrafos seguintes serão apresentados os pontos críticos e que devem ser verificados no lado de corrente contínua (CC) e de corrente alternada (CA) do sistema FV.

Verificação no lado de Corrente Contínua

Erros de instalação são frequentes no lado de corrente contínua devido a grande quantidade de componentes e conexões presentes nessa parte do sistema, e.g., módulos, conectores MC4, estrutura de fixação e rastreamento, cabos, eletrodutos etc. Além do mais, trabalhar com corrente contínua requer cuidados especiais, principalmente, atenção com as polaridades e não interrupção de condutores sob carga. Essa seção exibe os erros mais frequentes encontrados na prática durante a instalação dos equipamentos que transmitem CC ao inversor.

Conectores MC4

 

Conector MC4

Fonte: Staubli

  

 

Conector MC4 crimpado no cabo

Fonte: DHgate

Polaridade das Strings

Cada fabricante de inversor FV adota uma filosofia distinta em seu projeto e que acredite que resulte no melhor custo benefício para seu equipamento. Dentro das escolhas realizadas pelo fabricante está o tipo de fonte que permite acionar o seu inversor. Esse acionamento pode ocorrer por detecção de tensão no lado de corrente contínua ou alternada, sendo que grande parte dos fabricantes atuais adotam a primeira opção. Em outras palavras, o inversor só vai ligar a sua tela LCD e operar quando detectar uma dessas fontes.

Além disso, para o inversor funcionar corretamente é necessário que a polaridade das strings esteja correta. Para isso, pode-se utilizar um multímetro para realizar a averiguação em campo, antes de ligar a chave do inversor. Esse procedimento é ignorado por muitos profissionais da área onde, ao fazer a ligação da string, não conferem esse tipo de medição, ou ainda, descartam achando que a polaridade não tem importância.

Caso seja detectada polaridade invertida em campo, corrija a ligação dos cabos positivos e negativos que chegam no MC4 e que conectam o inversor. A figura 2 ilustra a situação correta de ligação. É importante destacar que essa correção deve ser feita sem carga no sistema, pois a interrupção de um condutor com corrente contínua resultará em arco elétrico!

Baixa Tensão de Partida

Além da polaridade das strings deve-se verificar a tensão mínima de partida do inversor, ou seja, o menor valor de tensão que permite o equipamento ligar e operar. Podemos tomar como exemplo uma instalação que utilize um inversor trifásico com tensão de partida de 400V e módulos FV com tensão de circuito aberto (Voc) de 40V. Foram ligados 8 módulos FV em série para formar uma string, mas o inversor não liga mesmo tendo tensão no lado de corrente contínua. O motivo do inversor não funcionar é a baixa tensão no lado CC da instalação. A tensão total dessa string, nas condições STC (standart test conditions) é de 320 V, abaixo do valor mínimo para acionar o inversor. Por esse motivo seriam necessários, no mínimo, a adição de 2 módulos em série a string para que, então, o inversor ligue e opere corretamente.

Caixa de Junção (Stringbox)

A caixa de junção ou stringbox tem como função fazer o paralelismo dos terminais positivos e negativos das strings, além de abrigar componentes de proteção e seccionamento. Dentro desse quadro elétrico é possível encontrar disjuntores, chaves seccionadoras, fusíveis, dispositivos de proteção contra surtos (DPS). Alguns modelos de stringbox ainda permitem fazer o monitoramento remoto das strings e dos equipamentos para proteção e seccionamento.

Em geral, quando o kit fotovoltaico é adquirido, a stringbox vem montada de acordo com as especificações do projetista. Apesar disso, é fundamental verificar se os componentes da stringbox comprada realmente atendem às características do projeto, como: nível de tensão máxima, quantidade de entradas e saídas, corrente nominal e máxima da chave seccionadora, classificação do DPS etc.

Também deve-se atentar para que as ligações dos cabos nesse quadro elétrico sejam realizadas corretamente. Sempre verifique as tensões CC de entrada (que chegam dos módulos fotovoltaicos) e as de saída (que conectam no inversor fotovoltaico). É comum que ocorra a inversão dos cabos dentro da stringbox, fazendo com que a polaridade se inverte – e isso resultará no inversor não sendo acionado.

Verificação no lado de Corrente Alternada

Para o inversor FV operar e injetar energia na rede do cliente e da concessionária é necessário que o mesmo seja conectado a uma rede em CA, com características elétricas dentro do padrão utilizado pelo equipamento. Alarme, erros de operação e atrasos na entrega do sistema ao cliente final podem ser evitados tomando alguns cuidados específicos e realizando as verificações sugeridas nessa seção.

Ligações no Conector CA do Inversor

Verifique e atente-se ao manual de instalação fornecido pelo fabricante do inversor, antes de realizar as conexões das fases no lado de CA. Informações importantes são encontradas nesse material, como a ordem correta de conexão das fases e, também, a necessidade de utilizar o neutro da instalação.

A figura abaixo exibe o conector CA de um inversor fotovoltaico trifásico. Repare que todas as ligações precisam ser seguidas para que o equipamento funcione corretamente. A inversão de cabos no conector, poderá fazer com que o sistema não ligue ou não produza energia. Isso causará alarmes no inversor relacionado a rede de corrente alternada. Nas ligações da figura abaixo, N representa a ligação do neutro, PE do terra e L1, L2 e L3 das fases. A conexão do neutro no lugar de uma das fases resultará em um sistema inoperante ou com alarme.

Conector de cabos de corrente alternada

Fonte: Solis

 Ligação no Disjuntor

Além das conexões no inversor é preciso verificar as ligações dos cabos no disjuntor de CA. Caso haja inversão de algum cabo é provável que o sistema não funcione, produzindo erros e alarmes no inversor.

Em grande parte dos casos o condutor de terra e neutro são trocados. Por esse motivo, sempre realize as medições de tensão CA necessárias para confirmar que todas as fases estão ligadas corretamente e que a tensão que chega no conector do inversor e no disjuntor são a nominal para que o equipamento opere de forma correta.

 Problema no Disjuntor CA

Os disjuntores, assim como qualquer equipamento eletromecânico, estão suscetíveis a falhas internas que podem comprometer o funcionamento da instalação FV. Assim, deve-se verificar no disjuntor se todos os cabos estão bem conectados e se todas as medições de tensões estão de acordo.

O inversor irá acusar alarmes provocados por problemas relacionados com o disjuntor da instalação. Por exemplo, uma falha interna no disjuntor pode resultar em não detecção de tensão no lado de CA pelo inversor. Assim, é recomendado ter um disjuntor de reserva para fazer verificações em campo e realizar a troca caso sejam detectadas falhas no equipamento instalado.

Além disso, o dimensionamento do disjuntor deve ser realizado de forma cautelosa para evitar o seu acionamento incorreto. Deve-se considerar questões como corrente máxima de saída do inversor e fator de ajuste de temperatura para a corrente de condução do disjuntor. Em horário de pico de geração e maior temperatura de operação o disjuntor pode desarmar se dimensionado de forma incorreta.

Ligação no Transformador

Transformadores e autotransformadores são utilizados em instalações elétricas para realizar a adequação entre diferentes níveis de tensão. No caso do transformador ainda é possível isolar eletricamente diferentes circuitos. Acontece que instaladores podem eventualmente trocar, ou até mesmo, esquecer de conectar todos os cabos nesses equipamentos, impedindo que o inversor detecte corretamente todas as fases da rede elétrica.

Caso não sejam detectados problemas nos itens anteriores desta seção é possível que o erro encontra-se no transformador/autotransformador. Nesse caso, verifique se as conexões das fases foram feitas de forma apropriada, procure por cabos soltos, certifique-se que os níveis de tensão são adequados e não foram invertidos no equipamento, verifique o aterramento e características elétricas do transformador/autotransformador etc.

Conclusão

Esse artigo abordou as principais verificações que devem ser realizadas para diagnosticar um sistema FV que esteja inoperante. Nota-se que o lado de corrente contínua é mais propenso a apresentar falhas devido ao maior número de componentes, porém, o sistema em corrente alternada também deve ser inspecionado para garantir a correta operação do conjunto fotovoltaico.

Todas as verificações mencionadas são importantes e devem ser realizadas utilizando os equipamentos adequados e com base nas normas vigentes. Além dos pontos abordados nesse artigo a NBR16274 deve ser consultada, pois apresenta todas as inspeções e testes de comissionamento que devem ser realizados nos sistemas de corrente contínua e alternada, durante a fase de energização inicial e verificações periódicas de funcionamento e desempenho.

É recomendado produzir um relatório com as inspeções realizadas, pois caso não sejam encontrados problemas na instalação FV, o problema pode estar no equipamento de fato. O suporte técnico dos fabricantes de inversores, módulos, stringbox e transformadores deve ser consultado em caso de dúvida ou suspeita que o equipamento apresenta falhas internas.