Protecções de sistemas fotovoltaicos Parte I

Como qualquer outra instalação eléctrica as instalações eléctricas de sistemas FV deverão integrar dispositivos que assegurem a protecção das instalações e a protecção de pessoas. O projectista e instalador de sistemas FV deverá ter em conta os potenciais riscos, tomando medidas de protecção para os evitar ou para minimizar os seus efeitos durante e após a instalação.

Este artigo apresenta e discute alguns aspectos relacionados com as protecções típicas associadas a instalação de sistemas fotovoltaicos de pequena dimensão. Em geral as instalações eléctricas fotovoltaica devem respeitar as RTIEBT (Regras Técnicas das Instalações Eléctricas de Baixa Tensão). No entanto, existe muito pouca informação específica sobre protecções para este tipo de instalações. Alguma da informação existente consiste em regras recomendáveis para instalações FV que constam na norma IEC 60364-7-712 que referem particularidades de instalações FV e também na norma EN 50438 que define regras de ligação de micro-geração à rede de distribuição de baixa tensão. Este artigo pretende apenas fazer uma referência a algumas recomendações sobre protecções de sistemas FV, dos componentes e dos seus utilizadores.

As protecções de um sistema FV estão associadas aos diversos componentes dos sistemas, este artigo descreve as protecções associadas a estes componentes. Os aspectos relacionados com as protecções de sistemas FV, inclui um vasto conjunto de aspectos que nos obriga a dividir este artigo em duas partes. Esta primeira parte discutirá aspectos das protecções associados com os componentes da instalação DC dos sistemas FV. Numa segunda parte serão discutidas as protecções das instalações AC dos sistemas FV, os aspectos de ligação à rede e aspectos de segurança nos procedimentos de instalação e manutenção dos sistemas.

Os módulos

Os módulos deverão estar certificados de forma a garantir a protecção das pessoas contra choques eléctricos. Esta protecção deve ser garantida nos módulos através de protecção Classe II, implicando no mínimo, um isolamento duplo que permaneça intacto durante o período de vida útil do módulo. Esta certificação pressupõe a prova da conformidade do módulo à norma IEC 61215 em módulos cristalinos e IEC 61646 em módulos de filmes finos.

Para uma tensão inferior a 120 V, é possível instalar material eléctrico de protecção classe III, no entanto é sempre recomendável a utilização de módulos com protecção Classe II. Os valores máximos das tensões e correntes a considerar para o dimensionamento dos componentes da instalação deve considerar os valores máximos de corrente dos módulos Isc (corrente de curto- circuito, em condições Cts – Condições de Teste Standard) e tenção Voc (tensão em circuito aberto, em condições Cts). A tensão máxima do gerador FV deve ter em conta o produto do número de módulos em série pela tensão Voc. E corrente máxima do gerador deve ter em conta o produto do número de módulos em paralelo pela corrente Isc de cada módulo. Os componentes da instalação deverão estar dimensionados para suportar em funcionamento normal no mínimo 1,15 vezes a tensão Voc e 1,25 vezes a corrente de curto-circuito do gerador.

As regras anteriores, sobre valores máximos de tensão e corrente, são aplicáveis para módulos mono ou policristalinos. No entanto, para outro tipo de módulos os valores máximos poderão ser significativamente superiores pelo que se recomenda uma análise dos piores casos de tensão e corrente, tendo em consideração irradiâncias de 1250 W/m2 e as temperaturas mais baixas para o ajuste da tensão e mais temperaturas mais altas para o ajuste de Isc.

Cablagem

Os cabos utilizados na parte posterior dos painéis devem suportar no mínimo uma temperatura de 80ºC. Os cabos devem ser resistentes a radiação UV e flexíveis. Para uma eficaz protecção de terra e de curto-circuito, são recomendados cabos isolados monopolares para os condutores positivos e negativos. Para as instalações fotovoltaicas situadas em locais onde existe o risco potencial de ocorrência de descargas atmosféricas, deverão ser usados cabos com ecrãs/blindagens. De acordo com a norma europeia IEC 60364-7-712, o cabo da fileira tem de ser capaz de transportar 1,25 vezes a corrente de curto-circuito do gerador, e estar protegido contra falhas de terra e curto-circuitos. Os cabos devem ser dimensionados de forma que a queda de tensão entre o gerador e o inversor seja inferior a 1,5%.

As tomadas de encaixe, muito usadas nos circuitos de sistemas FV, devem ter isolamento do tipo Classe II e protecção não inferior IP54. É recomendável que o seu aspecto físico seja diferente dos conectores usados nos circuitos AC. As tomadas de encaixe não devem constituir uma alternativa ao interruptor DC. Estas apenas podem funcionar como isoladores sem carga, pelo que não possuem poder de corte nem de fecho. Em nenhuma situação estes dispositivos poderão ser usados em substituição dos aparelhos de corte.

Fusiveis de fileira

Para proteger os módulos e os cabos das fileiras das sobrecargas, são intercalados fusíveis de fileira em todos os condutores activos. Para o circuito DC a protecção da cablagem só pode ser feita com fusíveis. No entanto, para os sistemas FV a protecção do circuito com fusíveis não é fácil de calibrar, pois as correntes de operação poderão ser muito próximas das correntes de curto-circuito do gerador. Por outro lado os geradores FV são fontes de corrente limitadas por um valor máximo. Por esta razão é usual,para pequenos sistemas com menos de 4 fileiras, não utilizar fusíveis, optando por dimensionar os cabos para suportar as correspondentes correntes de curto-circuito. Para estes casos é necessário verificar se os painéis da fileira suportam uma corrente inversa injectada pelas (N-1) restantes fileiras ((N-1)x1,15xIsc).

Para sistemas FV com 4 ou mais fileiras, onde as correntes de defeito poderão causar danos aos equipamentos da instalação, são utilizados fusíveis inseridos nos circuitos positivos e negativo dos cabos de fileira. Os fusíveis de fileira devem ser calibrados para operar com as correntes DC e para as energias do defeito.

Devem ser calibrados para operar com tensões Mx1,15xVoc, sendo M o número de módulos em série em cada fileira. Os fusíveis de fileira deverão actuar para valores de corrente inferiores a 2xIsc mas superiores aos valores de operação 1,25xIsc.

É recomendável a existência de formas de isolamento dos circuitos das fileiras para permitir a o teste e análise dos defeitos. Um sistema amovível dos fusíveis de fileira será suficiente.

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Fonte: Dossier cedido por O Electricista