Artigo de boas práticas em arranjos PV

1 Introdução

1.1 Causas de Incêndios em PV

Os sistemas fotovoltaicos, como qualquer instalação elétrica, podem apresentar a falhas que podem resultar em incêndios. As causas identificadas de incêndios em sistemas PV podem ser categorizadas da seguinte forma:

1. 1. Desconhecidos 46 %
   2. Má instalação 25 %
   3. Não causada por PV 16 %
   4. Produto ruim 9 %
   5. Projeto ruim 4 %

Figura 1 – Gráfico sobre causas de incêndios em PV

Embora algumas causas de incêndios sejam conhecidas, muitas vezes é difícil identificar o motivo exato devido à deterioração completa da instalação pelo fogo, que não deixa indícios para análise. Tornando difícil identificar o problema causador do incêndio.

Ao excluir as causas desconhecidas, observa-se que a maioria dos incêndios está relacionada a erros de instalação. Portanto, é razoável considerar que uma parte significativa dos incêndios de causa desconhecida possa também estar relacionada a falhas na instalação.

Isso destaca a importância de contar com mão de obra qualificada para serviços como a instalação e o comissionamento de sistemas fotovoltaicos. É crucial verificar a qualidade da instalação durante o processo de comissionamento para prevenir possíveis falhas que possam resultar em incêndios.

2 Módulos

Os módulos fotovoltaicos são dispositivos que convertem a energia da luz solar diretamente em eletricidade por meio do efeito fotovoltaico, o qual ocorre quando a luz solar incide sobre materiais semicondutores, como o silício, presentes nas células fotovoltaicas, gerando uma corrente elétrica.

A geração de eletricidade em um módulo fotovoltaico acontece quando a luz do sol atinge as células que tem uma propriedade que faz com que, quando a luz incide sobre eles, eles liberem elétrons. Esses elétrons em movimento criam uma corrente elétrica, que é capturada e pode ser usada para alimentar aparelhos elétricos.

Figura 2

Os módulos fotovoltaicos podem ser classificados em duas principais categorias: monofaciais e bifaciais. Módulos monofaciais são projetados para captar a luz solar apenas pela face frontal, onde as células solares estão expostas, enquanto a parte traseira é revestida com um material opaco ou refletivo que protege as células. Já os módulos bifaciais são capazes de captar luz solar tanto pela face frontal quanto pela traseira, aproveitando a luz refletida pelo solo ou por outras superfícies para gerar eletricidade adicional.

Figura 3

2.1 Furos

2.1.1 Não se faz furos em módulos fotovoltaicos

1. Perda de garantia
2. Risco de danificar as células

Não é permitido fazer alterações nos furos da moldura de fixação do módulo. Alterar o diâmetro dos furos existentes ou criar novos furos pode comprometer a integridade do módulo e afetar suas propriedades de fixação. Além disso, qualquer modificação na moldura anula a garantia dos módulos.

2.1.2 Furo de Aterramento

Figura 4

O furo de aterramento é um ponto fundamental para garantir a segurança e o funcionamento eficiente de sistemas fotovoltaicos. Os módulos solares vêm com furos específicos para o aterramento, evitando a necessidade de criar novos furos que poderiam danificar o módulo ou anular a garantia do fabricante. O processo envolve fixar o condutor de aterramento entre a arruela plana e a côncava, garantindo que a arruela côncava fique voltada para cima, evitando corrosão. É essencial usar parafusos e arruelas de aço inoxidável e seguir o manual do fabricante para um torque adequado, assegurando um contato eficiente.

2.1.3 Furo de Drenagem

Figura 5

Os furos de drenagem são essenciais para garantir que a água acumulada, como a de chuva ou condensação, seja escoada de forma eficiente, evitando a corrosão e danos estruturais aos módulos fotovoltaicos. Durante a instalação, é importante não bloquear esses furos para permitir a drenagem adequada. Os furos de drenagem são projetados para evitar que a água fique retida no módulo, o que pode comprometer sua eficiência e durabilidade ao longo do tempo.

Assegure-se de que os furos estejam livres e posicionados corretamente durante a instalação.

2.1.4 Furo de fixação

Figura 6

Os módulos possuem um design que inclui diversos furos de montagem estrategicamente posicionados ao longo da moldura. Estes furos, como o de fixação número 13 ilustrado acima, são essenciais para a fixação segura do módulo ao sistema de suporte. É importante usar os furos de montagem apropriados e seguir as especificações técnicas fornecidas pelo fabricante para evitar qualquer dano estrutural ao módulo ou à moldura durante a instalação.

Os furos de montagem são projetados para facilitar a instalação com parafusos compatíveis, garantindo que o módulo esteja firmemente ancorado ao suporte, o que é vital para resistir a condições climáticas adversas, como ventos fortes e chuvas. A não utilização dos furos de montagem corretos ou a aplicação de técnicas inadequadas de fixação pode levar a falhas no módulo e potenciais riscos de segurança.

Portanto, é crucial que a instalação dos módulos fotovoltaicos siga rigorosamente as orientações do fabricante para a utilização dos furos de montagem, assegurando assim a integridade e o desempenho a longo prazo do sistema fotovoltaico.

2.1.5 Configurações de Ligação

Durante o planejamento do parque solar, há várias maneiras de conectar os módulos solares. Aqui estão dois métodos comuns de conexão:

Seriamento Daisy Chain: Neste esquema, os módulos são conectados em sequência. O cabo de retorno precisa ser mais longo para retornar do último módulo (por exemplo, do módulo 11) até o início do seriamento. Assim, um dos cabos será sempre mais extenso nesse tipo de configuração.

Seriamento Leap Frog: Este método evita o retorno extenso do cabo ao adotar uma configuração alternada de conexões, conforme ilustrado na imagem abaixo:

O esquema Leap Frog permite uma melhor utilização dos cabos e redução de custos, sendo mais econômico em comparação ao método Daisy Chain.

Além da eficiência de custo, é importante considerar a complexidade associada ao método Leap Frog. A dificuldade nas conexões requer atenção redobrada, para evitar erros, os quais podem causar problemas ao sistema, como conexões incorretas, curtos-circuitos ou pontos sem conexão. Portanto, é crucial garantir uma instalação cuidadosa, a fim evitar problemas que possam resultar em perdas eficiência.

2.2 Cuidados ao Manusear Módulos Fotovoltaicos

Para instalação e manutenção dos módulos fotovoltaicos, é mandatório o uso dos Equipamentos de Proteção Individual (EPI) como roupas específicas, óculos de proteção, capacetes e luvas especiais. A instalação dos painéis não deve ser realizada em condições de chuva ou ventos fortes. Além disso, é importante manter pessoas não autorizadas afastadas das áreas de armazenamento dos painéis solares.

2.3 Manutenção e Inspeção Visual

• Realize regularmente uma inspeção visual para verificar se há sujeira, poeira, queda de pássaros, folhas e outros detritos cobrindo os módulos. A manutenção regular é necessária para manter os módulos livres, de possíveis coisas que impeçam sua geração;
• Se o módulo estiver sujo, lave-o com água e use uma esponja não abrasiva durante a parte fria do dia. Evite raspar ou esfregar sujeira seca, pois isso pode causar micro arranhões. Escolha o momento correto do dia para realizar a limpeza, preferencialmente no início da manhã ou no final da tarde, quando a superfície do módulo está mais fria. Isso não apenas melhora a eficiência do sistema, mas também minimiza o risco de danos ao vidro do módulo;
• Inspecione periodicamente o sistema para verificar a integridade de todas as fiações e suportes;
• Verifique defeitos aparentes do módulo a olho nu, especialmente: rachaduras no vidro do módulo e módulos quebrados;
• Verifique os módulos fotovoltaicos quanto a sinais de envelhecimento, incluindo danos causados por roedores, efeitos do envelhecimento climático, aperto dos conectores, corrosão e condição de aterramento;
• Verifique se há obstáculos que sombreiam os módulos fotovoltaicos;

3 Conectores CC e CA

Os conectores MC4 são componentes essenciais em sistemas fotovoltaicos e requerem uma instalação cuidadosa para garantir a eficiência do sistema. É importante garantir que a conexão seja feita de forma firme e segura, assegurando um bom aperto para evitar falhas de contato. Mantenha os terminais dos conectores sempre fechados e livres de poeira ou resíduos para garantir a integridade da conexão.

A ABNT NBR 16690 estabelece diretrizes claras para a utilização de conectores em sistemas fotovoltaicos, tanto para corrente contínua (CC) quanto para corrente alternada (CA). É importante seguir essas práticas para garantir a segurança das instalações.

Conectores para Corrente Contínua (CC)

• Compatibilidade: Utilize conectores do mesmo tipo e fabricante para garantir a integridade e a compatibilidade do sistema fotovoltaico.
• Requisitos Mínimos: Os conectores devem ser adequados para operar em corrente contínua e suportar a tensão nominal máxima do sistema.
• Conformidade: Os conectores devem estar em conformidade com normas internacionais, como IEC 62852 ou EN 50521, e possuir mecanismos que previnam desconexões acidentais.
• Segurança: Conectores acessíveis a pessoas não qualificadas devem ser do tipo com bloqueio, exigindo ferramentas ou ações específicas para desconexão, garantindo que não ocorram desligamentos não autorizados.
• Polarização: Em sistemas multipolares, os conectores devem ser polarizados para evitar conexões incorretas, minimizando o risco de danos ao sistema.

Conectores para Corrente Alternada (CA)

• Uso de Conectores Adequados: Certifique-se de que os conectores utilizados em sistemas de CA sejam projetados para as tensões e correntes do sistema.
• Isolamento e Proteção: Os conectores devem oferecer isolamento eficaz contra umidade e contaminantes, semelhante aos conectores CC, garantindo a durabilidade e segurança do sistema.
• Manutenção de Classificação IP: As entradas de cabos precisam manter a classificação IP adequada ao local de instalação, evitando a entrada de água, poeira ou insetos, o que pode comprometer a integridade da conexão.

Considerações Gerais

Separação de Condutores: Sempre que possível, deve-se manter os condutores positivos e negativos separados dentro das caixas de junção, reduzindo o risco de arcos elétricos em corrente contínua.

Prevenção de problemas: Conectores fotovoltaicos são comuns fontes de falhas, por isso, é essencial realizar conexões seguras. A imagem abaixo mostra a diferença entre uma instalação incorreta e uma correta, reforçando a importância de um manuseio adequado.

Decapagem: A decapagem do cabo deve ser de aproximadamente 8 mm. Evite tocar no cabo após a decapagem para prevenir oxidação que possa prejudicar a qualidade da conexão.

Crimpagem e semiestanqueidade a gás: É uma técnica avançada utilizada para garantir conexões elétricas altamente seguras e resistentes a ambientes adversos . Esse método é empregado para assegurar que as conexões não apenas mantenham a continuidade elétrica , mas também assegura que não haja passagem de ar no ponto de conexão , protegendo contra a entrada de umidade e contaminantes . Para uma crimpagem efetiva, é necessário o uso de alicates de pressão adequados que aplicam a força de forma uniforme , evitando danos ao cabo. Chaves MC4 são fundamentais para assegurar que os conectores macho e fêmea sejam encaixados corretamente durante a crimpagem, garantindo uma conexão firme e confiável. Usar as ferramentas adequadas e seguir métodos precisos de crimpagem ajuda a melhorar a funcionalidade do sistema e prolongar sua vida útil.

Uso de MC4 Cego: Utilize conectores MC4 cegos para tampar as extremidades do cabo em situações de emergência ou quando a conexão não estiver em uso, prevenindo entrada de umidade e sujeira.

Essas práticas visam garantir que o sistema fotovoltaico opere de maneira segura e eficiente, prolongando a vida útil do equipamento e evitando riscos associados a falhas elétricas e mecânicas.

Cobre não conectar com alumínio: Conexões diretas entre cobre e alumínio devem ser evitadas devido ao risco de corrosão galvânica, onde o alumínio, sendo mais anódico, corroerá mais rapidamente em contato com o cobre em presença de um eletrólito. Para evitar esse problema, podem ser utilizadas técnicas como:

• • Uso de Ilhas: Utilizar conectores isolados ou revestidos que separam fisicamente os dois metais.
  • Bimetálicos: Conectores bimetálicos ou terminais são projetados com duas partes distintas de metais diferentes, adequados para conectar alumínio a cobre sem risco de corrosão galvânica.

• • Uso de Olhal: O uso de olhais isolados pode também ajudar a minimizar o contato direto entre diferentes metais, protegendo contra a corrosão e melhorando a segurança da conexão.

4 Segurança

A segurança é primordial em qualquer ambiente de trabalho, especialmente quando se trata de instalações que envolvem riscos elevados, como é o caso de trabalhos em altura ou manuseio de equipamentos pesados, como módulos fotovoltaicos. A utilização de Equipamentos de Proteção Individual (EPIs) é fundamental para proteger os trabalhadores e garantir a execução segura das tarefas.

EPI para Trabalho Adequado

Para o trabalho geral no campo da instalação fotovoltaica, é necessário o uso de EPIs básicos que protejam contra riscos comuns, incluindo luvas de proteção, óculos de segurança, capacetes e calçados de segurança. Esses itens protegem contra lesões causadas por quedas de objetos, contato com componentes elétricos energizados e outros perigos presentes no local de trabalho.

EPI para Trabalho em Altura

Quando a instalação ou manutenção requer trabalhar em áreas elevadas, é usado EPIs específicos para trabalho em altura. Estes incluem cinturões de segurança e sistemas de arnês completos, que devem ser utilizados para prevenir quedas, uma das causas mais comuns de lesões graves no local de trabalho.

• Talabarte para Trabalho em Altura:  O talabarte, uma corda ou cinta usada para conectar o arnês do trabalhador ao ponto de ancoragem, é essencial para garantir que o trabalhador permaneça seguro caso uma queda ocorra. Ele deve ser forte o suficiente para suportar o peso do usuário e absorver a energia de uma queda, minimizando assim o risco de lesões.
• Ventosas para Manuseio de Módulos: As ventosas são utilizadas para facilitar o manuseio e a instalação de módulos fotovoltaicos, permitindo uma aderência segura e reduzindo o risco de danos aos painéis ou lesões aos trabalhadores. Elas são particularmente úteis para mover módulos pesados ou de grandes dimensões, garantindo uma manipulação mais segura e eficiente.

5 Cabos

Em sistemas fotovoltaicos, a escolha e a instalação dos cabos desempenham um papel fundamental na eficiência e segurança da operação. Para assegurar o correto funcionamento desses sistemas, é essencial seguir as diretrizes estabelecidas pela NBR 16612, que regula aspectos como o dimensionamento e os materiais utilizados nos cabos.

A seção mínima dos cabos, conforme a norma, deve ser de 4 mm². Este valor garante que os cabos possam conduzir a corrente elétrica necessária sem risco de superaquecimento, evitando potenciais falhas e prolongando a vida útil do sistema. Cabos com seções inferiores podem ser sobrecarregados, aumentando a probabilidade de aquecimento excessivo.

Além disso, os cabos devem ser dimensionados para operar em condições de temperatura ambiente variando de -15 ºC a 90 ºC, com uma temperatura máxima no condutor de 90 ºC em regime permanente. Essas características são cruciais, uma vez que os cabos em sistemas fotovoltaicos geralmente estão expostos a condições climáticas adversas e mudanças bruscas de temperatura. Em situações de curto-circuito, a norma estabelece que os cabos não devem ultrapassar 250 ºC por um período superior a 5 segundos, assegurando a integridade do sistema mesmo em condições extremas.

O material do condutor também é um ponto-chave. A norma recomenda a utilização de condutores de cobre estanhado, com têmpera mole, que oferecem tanto a flexibilidade necessária para a instalação quanto a resistência ao desgaste mecânico e térmico ao longo do tempo. Esses condutores são projetados para suportar as demandas operacionais de sistemas fotovoltaicos, minimizando os riscos de falhas mecânicas e elétricas.

Outro aspecto importante é a isolação dos cabos. Segundo a NBR 16612, a isolação deve ser composta de material termofixo não halogenado, garantindo resistência à exposição a altas temperaturas e à radiação ultravioleta, características frequentes em instalações fotovoltaicas. A isolação desempenha um papel vital na proteção contra sobrecargas elétricas e no prolongamento da vida útil do cabo, assegurando que o sistema opere de forma segura e eficiente. Seguindo essas diretrizes, é possível garantir que os cabos utilizados em sistemas fotovoltaicos apresentem alta durabilidade, segurança e desempenho, reduzindo o risco de falhas.

6 Quadros elétricos

Em instalações fotovoltaicas, a escolha adequada de quadros elétricos e combiners é fundamental para garantir a segurança e o desempenho do sistema. Esses componentes têm a função de distribuir a energia gerada pelos módulos solares, além de abrigar dispositivos de proteção, seccionamento e controle, tanto no lado de corrente contínua (CC) quanto no lado de corrente alternada (CA).

De acordo com a NBR 5410, mais especificamente no item 4.2.5.7, é exigido que os quadros de corrente contínua sejam mantidos separados dos de corrente alternada. Essa separação previne interferências e potenciais falhas que poderiam surgir do compartilhamento de componentes ou de invólucros, além de aumentar a segurança da instalação. Os quadros também devem ser adequadamente identificados e dispostos de forma a garantir o fácil acesso para manutenção e intervenções em casos de falhas.

Além da separação entre CC e CA, outro aspecto relevante é a escolha dos graus de proteção IP dos quadros, de acordo com o ambiente em que serão instalados. O código IP (Ingress Protection) define o nível de proteção contra a entrada de sólidos e líquidos. Para instalações internas, os quadros podem seguir a classificação IP20, que protege contra objetos sólidos maiores que 12,5 mm, mas sem proteção contra água. No entanto, para instalações expostas ao ambiente externo, a recomendação é utilizar quadros com classificação IP mais elevada, como IP65 ou IP67, que garantem proteção contra poeira e jatos de água, e no caso do IP67, até proteção contra imersão temporária.

7 Conclusão

A implementação de boas práticas na instalação e manutenção de sistemas fotovoltaicos é essencial para garantir o desempenho eficiente usinas. Este documento destacou a importância de seguir rigorosamente as orientações técnicas, como o manuseio adequado dos módulos, a utilização correta dos conectores e a manutenção periódica dos componentes. A segurança também foi um tema central, enfatizando a necessidade de Equipamentos de Proteção Individual (EPIs) adequados para minimizar riscos durante a instalação e o manuseio dos módulos. Além disso, o cuidado com a instalação e a manutenção dos cabos e quadros elétricos assegura não só a eficiência do sistema, mas também a prevenção de falhas que poderiam resultar em danos graves, como incêndios.

Por fim, o seguimento das normas regulamentadoras e o uso de mão de obra qualificada são aspectos cruciais para evitar problemas decorrentes de má instalação e garantir a longevidade e segurança dos sistemas fotovoltaicos. Portanto, seguir essas práticas rigorosamente é indispensável para o sucesso de qualquer projeto.