Post on 10-Jul-2022
Geração Distribuída
Histórico e Fundamentos
Prof. Renato Archanjo
Desde a Pré História, o homem tem usado a inteligência para criar mecanismos quereduzam o esforço e aumentem seu conforto.
História
Fonte: Eletrobrás
✓ Ferramentas para caça e pesca;✓ Vestimentas para se proteger;✓ Fogo para se proteger e assar sua caça;✓ A roda e outras técnicas.
A energia elétrica é capaz de fazer funcionar o rádio, atelevisão, o telefone, o computador, as máquinas e motores elétricos.
Energia Elétrica
Fonte: https://portogente.com.br/Fonte: https://marsemfim.com.br/
Fontes de Geração
Geração Hidrelétrica 65,2 % da matriz elétrica brasileira
Fonte: https://pt.wikipedia.org/
Itaipu é a maior usina hidrelétrica do
Brasil, possuindo 20 unidades
geradoras e potência nominal de
700 MW cada totalizando 14 GW.
Fonte: Anuário Estatístico de Energia Elétrica 2021http://www.epe.gov.br/
Fonte: BEN2021
Matriz Elétrica Brasileira
ENERGIA SOLAR
Geração FotovoltaicaÉ aquela ao qual utiliza painéis fotovoltaicos para absorver a energia do sol e
transforma esta luz diretamente em energia elétrica, através de um mecanismoconhecido como efeito fotoelétrico.
Geração Fotovoltaica
Sustentabilidade (Não emite gases de efeito estufa);
Economia (o consumidor pode economizar até 90% da sua conta de energiaelétrica);
Durabilidade (os fabricantes estimam a vida útil dos painéis de até 30 anos);
Fonte: https://www.energyinfinity.com.br/
Vantagens
Geração Fotovoltaica
Vantagens
Valorização do imóvel
Segundo dados divulgados pela revista STAND no primeiro trimestre de2014, a ONG Green Building Council (GBC) Brasil afirma que um imóvelsustentável certificado, seja residencial ou comercial, pode valorizar em até30%.
Fonte: https://www.portalsolar.com.br/
Geração Fotovoltaica
Vantagens
Excelente em lugares remotos ou de difícil acesso, pois sua instalação empequena escala não obriga a enormes investimentos em linhas de transmissão.
Fonte: https://www.em.com.br/
Geração Fotovoltaica
As unidades de geração fotovoltaica
necessitam de pouca manutenção,
basicamente uma limpeza simples.
Fonte: https://www.portalsolar.com.br/
Vantagens
Geração Fotovoltaica
Evolução do Custo de Produção da Energia Solar.
Fonte: https://www.lcv.fee.unicamp.br/
Os painéis solares são a cada dia mais potentes ao mesmo tempo que ocusto dos mesmos vem decaindo. Isto torna cada vez mais a energia solaruma solução economicamente viável.
Vantagens
Potencial de Geração Solar no Mundo
Potencial de Geração Solar
Fonte:
GERAÇÃO DISTRIBUÍDA (GD)
A Geração Distribuída (GD) é uma expressão usada para designar ageração elétrica realizada junto ou próxima do(s) consumidor(es)independente da potência, tecnologia e fonte de energia.
Fonte: Absolar
• Pequenas Usinas Fotovoltaicas (UFV);
• Pequenas Usinas Termoelétricas (UTE);
• Pequenas Usinas Eólicas (EOL);
• Pequenas Centrais de Geração Hidrelétricas (CGH).
GERAÇÃO DISTRIBUÍDA (GD)
As tecnologias de GD têm evoluído para incluir potências cada vezmenores e temos as seguintes formas de geração distribuída:
GERAÇÃO DISTRIBUÍDA (GD)
A Geração Distribuída (GD) pode contribuir de forma significava para arecuperação econômica do Brasil, pois além de gerar empregos de formadireta e indireta ela tem mais as seguintes vantagens:
❖ Diminui a perdas das redes de distribuição;❖ Melhora os níveis de tensão da rede;❖ Ajuda a preservar os níveis de água dos reservatórios;❖ Evita a necessidade de investimentos pelo governo em geração;❖ Sua instalação é rápida e o retorno de investimento também.
No gráfico vemos que do total de 7.044,2 MW instalados de GD no Brasil a
fotovoltaica é responsável por 6.856,4 MW, ou seja 97% do total, demonstrando sua
superioridade em relação as demais fontes.
http://www2.aneel.gov.br/scg/gd/GD_Fonte.aspFonte: Aneel 12/09/21
GERAÇÃO DISTRIBUÍDA (GD)
EVOLUÇÃO DAS INSTALAÇÕES FOTOVOLTAICAS NO BRASIL
Fonte: http://www2.aneel.gov.br 19/09/2021
EVOLUÇÃO DAS INSTALAÇÕES FOTOVOLTAICAS NO BRASIL
GD Fotovoltaica total instalada = 6,8 GW (49% da pot. instalada de Itaipu).
Só em 2020 nos telhados construiu-se 2,6 GW, o equivalente a 3,8 turbinas de Itaipu.
Itaipu tem 20 turbinas de 0,7 GW = 14 GW
Fonte: https://pt.wikipedia.org/
EVOLUÇÃO DAS INSTALAÇÕES FOTOVOLTAICAS NO BRASIL
O desenvolvimento do mercado FV no Brasil é muito intenso.
Fonte: Aneel 12/09/21
5 6 52 296 1.431 6.69113.919
35.700
122.628
210.489 211.373
0
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021
Evolução do Nº de Usinas FV Instaladas
http://www2.aneel.gov.br/scg/gd/GD_Classe.asp
Fonte: Aneel 12/09/21
GERAÇÃO DISTRIBUÍDA (GD)
Distribuição da GD por Classe de Consumo (%)
Geração Fotovoltaica nos Estados
0
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
MG SP RS MT RJ PR GO BA SC MS CE PA PE MA PI RN ES PB TO RO AL DF SE AM AC AP RR
Nº de Unidades Geradoras por Estado
286.028 ( 48%)
Fonte: Aneel 19/09/21
Sistema Isolado
Sistema Isolado (Off-gride)
São aqueles sistemas autônomos normalmente utilizado em locaisremotos, independentes da rede de distribuição de energia elétrica, que sesustentam através de baterias, que são seus dispositivos de armazenamento.
Fonte: https://www.neosolar.com.br/
Sistema Isolado (Off-gride)
Funcionamento
Fonte: http://www.bmcenergia.com.br/
Sistema Isolado
Fonte: https://www.em.com.br/
Sistema Isolado (Off-gride)
Utilizado em comunidades afastadas.
Sistema Isolado
Fonte: https://www.ocaenergia.com/
Sistema Isolado (Off-gride)
Utilizados em rodovias para alimentar: radares,sinalização, telefonia, etc.
Sistema Isolado
Sistema On-grid
Fonte: http://www.solarbrasil.com.br/
Sistema On-grid:Também conhecido como grid-tie ou conectado à rede, precisa da existência
da rede elétrica local para funcionamento, tendo a produção de energiaentregue diretamente a ela.
Fonte: http://www.solarbrasil.com.br/Energia Consumida
Energia GeradaEnergia Injetada
Sistema On-grid:
Energia Consumida
Sistema On-grid
Instalações elétricas fotovoltaicas prediais conforme a norma ABNT
NBR 16690 – parte 1
Prof. Maurício de Sousa Lima
4.3.3 Esquema de arranjo fotovoltaico com apenas única série fotovoltaica
AC
Módulo fotovoltaico Série fotovoltaica
Dispositivo interruptor seccionador do
arranjo fotovoltaico
Dispositivo interruptor seccionador do
arranjo fotovoltaico
DPS
Caixa de junção
Arranjo fotovoltaico
Cabos do arranjo fotovoltaico
UCP
4.3.3 Esquema de arranjo fotovoltaico com UCP com múltiplas entradas em corrente contínua com SPMP (Segmento do Ponto de Máxima Potência) Individuas.
Figura 5 – ABNT NBR 16690:2019
UCP com múltiplas entradas em corrente contínua com
SPMP individuais
Dispositivo interruptor seccionador do arranjo fotovoltaico
Setor = 2
Dispositivo de proteção contra sobrecorrente do subarranjo
fotovoltaico (ver 5.3)Para outros
setores
Setor = 1
Entrada c.c.1 SPMP 1
Entrada c.c.2 SPMP 2
Entrada c.c.NSPMP N
Legendaelementos que não são necessários em todos os casos
encapsulamentolimites do sistema ou subsistema
4.3.7 Baterias em sistemas fotovoltaicos
Baterias em sistemas fotovoltaicos podem ser uma fonte de altas correntes de falta e devem possuir proteção contra sobrecorrente. A localização do dispositivo de proteção contra sobrecorrente em sistemas fotovoltaicos com bateria geralmente é entre a bateria e o controlador de carga e tão perto quanto possível da bateria.
A proteção contra sobrecorrente deve ser instalada em todos os condutores vivos não aterrados.
Lítio
OPzSOPzV
Chumbo ácido
CC
CA
CONSUMO
PROTEÇÃO CA
PROTEÇÃO CC
PROTEÇÃO CC
BATERIAS
MÓDULOS FOTOVOLTAICOS
INVERSORCONTROLADOR
DE CARGA
b) Detecção de falta à terra e interrupção da falta podem ser necessárias como parte das funções do sistema de proteção, dependendo do tamanho do arranjo e da localização de falta, para eliminar o risco de incêndio.
+-
4.3.8 Considerações em relação a possíveis condições de falta em um arranjo fotovoltaico
4.3.9 Considerações em relação à temperatura
Os seguintes requisitos do projeto elétrico do arranjo fotovoltaico derivam desta característica operacional das células fotovoltaicas:
a) Todos os componentes e equipamentos que possam ficar em contato direto ou próximos do arranjo fotovoltaico (condutores, inversores, conectores etc.) devem ser capazes à temperatura máxima de operação do arranjo fotovoltaico;
4.3.9 Considerações em relação à temperatura
b) Deve-se considerar o aumento da tensão gerada por células fotovoltaicas devido a diminuição da temperatura de célula.
TENSÃO (V)
CO
RR
ENTE
(A
)
MÁXIMA POTÊNCIA
5.6 Seccionamento e comando
5.6 Seccionamento e comando
Os requisitos especificados na ABNT NBR 5410:2004, 5.6, se aplicam
5.6.1 Esta subseção trata de medidas de seccionamento e comando não-automático, local ou à distância, destinadas a evitar ou eliminar perigos com as instalações elétricas ou com equipamentos e máquinas por elas alimentadas.
5.6.3 Seccionamento
5.6.3.1 Todos os condutores vivos, em todos os circuitos, devem poder ser seccionados, com exceção daqueles especificados em 5.6.2.2 (não seccionar dispositivo de proteção). Um conjunto de circuitos pode compartilhar um dispositivo de seccionamento comum, que pode ser ou não adicional aos meios de seccionamento de que cada circuito for individualmente provido, desde que as condições de serviço permitam o seccionamento comum.
UCP
Série fotovoltaica
Módulo fotovoltaico
Cabo do arranjo fotovoltaico
Arranjo fotovoltaico
Dispositivo interruptor
seccionador do arranjo fotovoltaico
Dispositivo de proteção contra sobrecorrente do arranjo
fotovoltaico (ver 5.3)
+
-
Figura 2 – ABNT NBR 16690:2019
5.7.1 Generalidades
Medidas de proteção devem ser aplicadas em função da:
• Presença ou não de pelo menos separação galvânica no interior das UCP ou externamente, na instalação em corrente alternada;
5.7 Proteção contra os efeitos de falhas de isolação
UCP sem
isolação
galvânica
REDE
Arranjo fotovoltaico
• Presença ou não de aterramento funcional em qualquer um dos polos em corrente continua.
UCP com
isolação
galvânica
REDEArranjo fotovoltaico
5.7.3.1.1 Detecção da resistência de isolamento do arranjo fotovoltaico
Potência do arranjo fotovoltaico conectado à UCPKW
R mínimoKΩ
≤ 20 30
> 20 e ≤ 30 20
> 30 e ≤ 50 15
> 50 e ≤ 100 10
> 100 e ≤ 200 7
> 200 e ≤ 400 4
> 400 e ≤ 500 2
≥ 500 1
NOTA: Recomenda-se que o valor mínimo de detecção de resistência de isolamento, sempre que possível, seja fixado em valores maiores que os valores mínimos especificados nesta Tabela. Um valor mais alto aumenta a segurança do sistema, detectando possíveis falhas antecipadamente.
Tabela 3 – Valores mínimos de resistência de isolamento para detecção de baixa isolação
6.5 Outros componentes6.5.1 Módulos fotovoltaicos
6.5.1.1 Condições de operação e influências externas
Conforme IEC 61215 e suas partes (requisitos e procedimentos de testes que devem ser feitos para qualificação e aprovação do projeto do módulo fotovoltaico)
6.5.1.2 Classe de equipamentos
Conforme a IEC 61730 -1 e 2 (requisitos de construção e a sequência de testes que devem ser atendidos para qualificação de segurança dos módulos fotovoltaicos.
6.5.2 Arranjos fotovoltaico e caixas de junção
6.5.2.1 Efeitos ambientais
6.5.2.2 Localização das caixas de junção do arranjo fotovoltaico e das séries
fotovoltaicas
6.5.3 Diodos de desvio
6.5.4 Diodo de bloqueio
Anexo C
I I I
Anexo C(Informativo)
Diodo de bloqueio
C.3 Exemplos do uso de diodos de bloqueio em situações de falta
C.3.2 Curto-circuito em série fotovoltaica
Figura C.1 – Efeito do diodo de bloqueio durante curto-circuito em uma série fotovoltaica
x
x
+
-
+
-
x
x
10 – Marcações e documentação
10.1 Marcação dos equipamentos
ANEXO A – Exemplos de sinalizações
FV
Figura A.2 – Exemplo de sinalização para a identificação da existência de
sistema fotovoltaico em uma edificação
10.2 Requisitos para sinalização
10.3 Identificação de instalação fotovoltaica
10.4 Rotulagem das caixas de junção
10.5 Rotulagem de dispositivos interruptores-seccionadores
10.6 Documentação
Conforme ABNT NBR 16274.
Anexo D(Informativo)
Detecção e interrupção de arcos elétricos em arranjos fotovoltaicos
Arcos para a terra
Arcos em paralelo
Arcos em série
Figura D.1 – Exemplos de tipos de arcos elétricos em arranjos fotovoltaicos
• É o mais provável de acontecer• Conexão defeituosa;• Interrupção de cabeamento• São interrompidos rapidamente desligando o arranjo fotovoltaico• Se não forem interrompidos rapidamente, podem propagar e envolver
condutores adjacentes e produzir arcos em paralelo.
• Curto-circuito parcial entre cabos adjacentes com diferentes potenciais elétricos
• É o caso mais grave, devido à quantidade de energia disponível para alimentá-lo.
• Exigência de cabos com isolação dupla
• Falha de isolamento
UL 1699B – Proteção de circuito de arco fotovoltaico (PV) DC
AFCI – “arc fault circuitinterrupter”(Interrupto de falhas por arco.)
Instalações elétricas fotovoltaicas prediais conforme a norma ABNT
NBR 16690 – parte 2
Prof. Hilton Moreno
Cabo para instalação fotovoltaica
• cabo da série fotovoltaica: cabo que interliga os módulos fotovoltaicos em uma série fotovoltaica, ou
que conecta a série fotovoltaica a uma caixa de junção.
• cabo do arranjo fotovoltaico: cabo de saída de um arranjo fotovoltaico que transporta a corrente de
saída total do arranjo fotovoltaico.
Exemplo de cabo NBR 16612
NBR 16690 - 6.2 Requisitos de instalação de cabos
Para evitar confusão entre linhas em corrente
alternada e corrente contínua dentro de uma
instalação, bem como evitar riscos de faltas
entre linhas de alimentações distintas, as
linhas em corrente contínua e em corrente
alternada devem ser separadas. Além disso, os
diferentes tipos de circuitos em corrente
alternada e contínua devem ser claramente
identificados, por exemplo, pelo uso de
etiquetas ou condutores com cores diferentes.
INVERSOR
LINHA C.A.LINHA C.C.
NBR 16690 - 6.2 Requisitos de instalação de cabos
Para reduzir a magnitude de sobretensões induzidas por descargas atmosféricas, os condutores do arranjo fotovoltaico devem ser dispostos de tal maneira que a área de laços de condutores seja mínima.
+
-
+
-
+
-
+
-
UCP
UCP
NBR 16690 - 6.2 Requisitos de instalação de cabos
Para reduzir a magnitude de sobretensões induzidas por descargas atmosféricas, os condutores do arranjo fotovoltaico devem ser dispostos de tal maneira que a área de laços de condutores seja mínima.
NBR 16690 - 6.2 Requisitos de instalação de cabos
Todas as conexões dos cabos
devem ser verificadas quanto
ao torque mínimo e
polaridade durante a
instalação para reduzir o
risco de faltas e possíveis
arcos durante o
comissionamento, operação e
manutenção futura. Este
requisito é atendido com o
emprego de conectores e
ferramentas específicas para
sistemas fotovoltaicos,
aplicados por mão de obra
qualificada.
NBR 16612 – Capacidade de condução de corrente
Seção
Instalação ao Ar Livre Protegida do Sol Instalação ao Ar Livre Exposta ao Sol
Modo de Instalação: Modo de Instalação:
mm2 1 2 3 4 1 2 3 4
1,5 26 26 30 26 23 22 27 23
2,5 35 35 40 35 31 30 36 31
4 47 46 53 47 41 40 48 41
6 60 59 68 60 51 51 61 52
10 83 82 95 84 71 71 85 73
16 110 110 125 113 93 93 112 97
Tabela C.2 – Capacidade de condução de corrente para cabos instalados em temperatura
ambiente de 30oC e temperatura no condutor em regime permanente de 90ºC
Modo 1: dois cabos unipolares encostados um ao outro, na horizontal
Modo 2: dois cabos unipolares encostados um ao outro, na vertical
Modo 3: dois cabos unipolares espaçados de, pelo menos, 0,75 x diâmetro externo, na horizontal
Modo 4: dois cabos unipolares espaçados de, pelo menos, um diâmetro externo, na vertical
IB = 14,3 A
1,5 mm2
NBR 16690 – Queda de tensão
6.4.1.1 Eletrodo de aterramento
Os requisitos especificados na ABNT NBR 5410:2004,
6.4.1.1, se aplicam.
NBR 16690 - 6.4.1 Aterramento e equipotencialização
a) preferencialmente, uso das próprias armaduras do concreto das fundações
NBR 5410: Eletrodo de aterramento
b) uso de fitas, barras ou cabos
metálicos, especialmente
previstos, imersos no concreto
das fundações, formando um
anel em todo o perímetro da
edificação.
A fita, barra ou cabo deve ser
envolvido por uma camada de
concreto de no mínimo 5 cm de
espessura, a uma profundidade
de no mínimo 0,5 m.
NBR 5410: Eletrodo de aterramento
c) uso de malhas
metálicas enterradas,
no nível das
fundações, cobrindo a
área da edificação e
complementadas,
quando necessário,
por hastes verticais
e/ou cabos dispostos
radialmente ) pés-de galinha);
NBR 5410: Eletrodo de aterramento
d) no mínimo, uso de anel
metálico enterrado (min.
0,5 m), circundando o
perímetro da edificação e
complementado,
quando necessário, por
hastes verticais e/ou
cabos dispostos
radialmente (pés-de-galinha).
NBR 5410: Eletrodo de aterramento
NOTA: Outras soluções de aterramento
são admitidas em instalações
temporárias; em instalações em áreas
descobertas, como em pátios e jardins;
em locais de acampamento, marinas e
instalações análogas; e na reforma de
instalações de edificações existentes,
quando a adoção de qualquer das opções indicadas em 6.4.1.1.1 for impraticável.
6.4.1.1.4 Não se admite o uso de canalizações metálicas
de água nem de outras utilidades como eletrodo de aterramento...
NBR 5410: Eletrodo de aterramento
NBR 5410: Eletrodo de aterramento
MÓDULO FV
(STRINGS)
CAIXA DE
JUNÇÃO
UCP
BEP
BEL
Eletrodo de aterramento único
(5410-5419-16690-14039-SKY-NET-VIVO-ETC.
NBR 16690 - 6.4.1 Aterramento e equipotencialização
5.3.9 Proteção contra sobrecorrente em séries fotovoltaicas
= proteção contra corrente reversa
Fonte: Canal Solar
5.3.8 - NOTA 3 Devido à limitação natural da corrente dos
módulos fotovoltaicos, os valores das correntes de sobrecarga e
de curto-circuito são próximos, e a sobrecorrente máxima é igual
à soma das correntes de curto-circuito das séries fotovoltaicas
em paralelo. Esta corrente normalmente não é muito superior à
corrente de operação das séries fotovoltaicas.
5.3.10 Proteção contra
sobrecorrente em subarranjos
fotovoltaicos
Deve ser fornecida proteção contra
sobrecorrentes para subarranjos
fotovoltaicos se mais de dois
subarranjos fotovoltaicos estiverem
ligados a uma única UCP.
5.4 Proteção contra sobretensões e perturbações
eletromagnéticas
Os requisitos de proteção contra sobretensões e perturbações
eletromagnéticas especificados na ABNT NBR 5410:2004, 5.4,
devem ser substituídos pelos requisitos desta subseção.
5.4.1 Generalidades
Esta subseção trata da proteção de arranjos fotovoltaicos contra
sobretensões induzidas por descargas atmosféricas indiretas.
Para a avaliação e o dimensionamento da proteção contra
descargas atmosféricas, a série ABNT NBR 5419 deve ser
consultada.
Se a edificação já possui proteção contra descargas atmosféricas
instalada, o sistema fotovoltaico deve ser integrado, conforme o
caso, de acordo com a série ABNT NBR 5419.
Disciplina: Proteção de instalações fotovoltaicas contra descargas atmosféricas / Prof. Hélio Sueta
Proteção contra
choques elétricos
5.1.1.1 Princípio fundamental
Partes vivas não devem estar acessíveis
(isolação básica, barreira, invólucro)
+
Massas (carcaças condutoras) não devem oferecer perigo de choque
• 5.1.2.2 Equipotencialização + Seccionamento automático
• 5.1.2.3 Isolação classe II
• 5.1.2.5 SELV e PELV
PROTEÇÃO BÁSICA (CONTATO DIRETO)
PROTEÇÃO SUPLETIVA (CONTATO INDIRETO)
5.1.1 Introdução
Os requisitos especificados
na ABNT NBR 5410:2004, 5.1.1, se aplicam.
5.1 Proteção contra
choques elétricos
5.1.2.3 Isolação dupla ou reforçada
Aplicam-se os requisitos especificados na ABNT NBR 5410:2004, 5.1.2.3, com o
seguinte complemento:
− componentes do lado em corrente contínua de sistemas fotovoltaicos, como,
por exemplo, módulos fotovoltaicos, caixas de junção, quadros de distribuição
e condutores, até os terminais em corrente contínua do inversor, devem
possuir isolação dupla ou reforçada (classe II).
NBR 16690 – 7 Verificação final
Para a verificação final da
instalação fotovoltaica,
devem ser aplicados os
requisitos especificados na
ABNT NBR 5410 adicionados
aos requisitos da norma
ABNT NBR 16274.
NBR 16690 – 8 ManutençãoDeve ser inspecionado o estado da isolação dos condutores e de seus elementos de conexão, fixação
e suporte, com vista a detectar sinais de aquecimento excessivo, rachaduras e ressecamentos,
verificando-se também se a fixação, identificação e limpeza se encontram em boas condições.
NBR 16690 – 8 Manutenção
Deve ser inspecionado o estado
da isolação dos condutores e de
seus elementos de conexão,
fixação e suporte, com vista a
detectar sinais de aquecimento
excessivo, rachaduras e
ressecamentos, verificando-se
também se a fixação,
identificação e limpeza se
encontram em boas condições.
Ninho de esquilo sob estrutura de fixação dos módulos
Proteção de instalações fotovoltaicas contra descargas atmosféricas
Prof. Hélio Sueta
PV Seminar: Damagesource: Bayerischer Versicherungsverband 2014
PV Seminar DEHN: Damage
F
PV-Seminar DEHN: Normen
FONTE: LIVRO DEHN
Acoplamento Galvanico
Acoplamento Indutivo
GJB: Generator Junction Box; M: Meter;MEB: Main Earthing Busbar;SEB: Service Entrance Box
SEB
M M
MEB
GJB
230/400 V
MATERIAL DEHN 20.02.17 / 1500_E_6
•
Material livro DEHN
•
Material livro DEHN