Estudo e Avaliao das Medidas de Segurana de Pessoas
em Instalaes Fotovoltaicas
Mrcio Alexandre de Sousa Cruz
Dissertao para obteno do Grau de Mestre em
Engenharia Eletrotcnica e de Computadores
Jri
Presidente: Prof. Doutora Maria Eduarda de Sampaio Pinto de Almeida Pedro
Orientador: Prof. Joo Augusto dos Santos Joaquim
Coorientador: Prof. Doutor Jos Manuel Dias Ferreira de Jesus
Vogais: Prof. Doutor Lus Antnio Fialho Marcelino Ferreira
Eng. Pedro Miguel Nunes Caroo (CERTIEL)
Dezembro de 2013
ii
Agradecimentos
Agradeo a todos os que me apoiaram e me ajudaram ao longo de todo o percurso realizado
no IST.
Em primeiro lugar, agradeo ao engenheiro Pedro Caroo por toda a disponibilidade e
orientao dada ao longo de todo o trabalho e por todas as informaes, sugestes e documentos
que me facultou.
Ao professor Santos Joaquim e ao professor Ferreira de Jesus por todas as sugestes e
opinies que me transmitiram e pela ajuda na elaborao deste documento.
A todos os meus amigos e familiares que me apoiaram durante todo o curso e que me
ajudaram na minha formao acadmica e pessoal.
A todos deixo aqui mais uma vez expresso o meu sincero agradecimento.
iv
Resumo
Devido aos elevados incentivos europeus e consciencializao de que a energia um bem
precioso e caro, a instalao de unidades de microproduo fotovoltaicas tem aumentado muito
rapidamente. Este aumento, por sua vez, conduziu a um incremento acentuado do nmero de
entidades instaladoras que, por vezes por falta de formao ou de cuidado, no cumprem todas as
medidas de segurana.
Neste sentido, a presente dissertao comea por apresentar uma breve introduo ao
conceito de microgerao, nomeadamente legislao aplicada em Portugal e aos impactos na rede
pblica de distribuio, apresenta alguns esquemas de instalaes fotovoltaicas e descreve as
funes e caractersticas dos principais componentes de uma instalao.
O principal objetivo deste documento analisar as medidas de segurana que devem ser
implementadas nas instalaes fotovoltaicas. Para tal, so referidos alguns perigos da eletricidade,
com destaque para os resultantes do uso da corrente contnua, e quais as ligaes e protees que
devem ser implementadas, das quais se destacam as ligaes terra, as protees contra choques
eltricos, contra sobreintensidades e contra sobretenses.
Para garantir a segurana e o correto funcionamento tambm necessrio saber como
selecionar e implementar os diversos componentes, salientando-se a necessidade de cabos
monocondutores com isolamento de classe II; de mdulos com inclinao igual latitude do local; de
inversores adequados potncia total do gerador e configurao da instalao; de meios de
seccionamento e de sinaltica de fcil interpretao e boa visibilidade.
A concluir este documento apresentado um modo de dimensionamento de instalaes
fotovoltaicas.
Palavras-Chave: Segurana, Instalaes Fotovoltaicas, Ligaes e Protees, Sinaltica,
Dimensionamento.
vi
Abstract
Due to the high incentives in Europe and the awareness that energy is precious and
expensive, microgeneration photovoltaic units installation have quickly increased. This increase
resulted in a growth of installers that sometimes, due to poor formation or caution, do not comply with
all the safety measures.
In this sense, this thesis begins with a brief introduction to the concept of microgeneration,
particularly to the legislation applied in Portugal and the impacts on the public distribution network.
Some installations photovoltaics schemes are presented and the functions and characteristics of the
main components of the installation are described.
The main objective of this paper is analyzing the security measures that should be
implemented in photovoltaic installations. Therefore, some electricity dangers are referred, highlighting
the direct currents dangers. It is also referred which connections and protections must be
implemented, including most importantly the grounding, the protections against electric shock,
overcurrent and overvoltage.
To ensure safety and correct operation is also necessary to know how to select and implement
the various components. Emphasizing the need for single core cables with double insulation (Class II);
modules with a slope equal to the latitude of the place; inverter suitable to the total power of the
generator and the installation configuration; switchgear appropriated to isolation and control; and
signage with easy interpretation and good visibility.
To conclude this paper we present a method of sizing of photovoltaic installations.
Keywords: Security, Photovoltaic Installations, Connections and Protections, Signage, Sizing.
viii
ndice
1. Introduo ....................................................................................................................... 1
1.1. Objetivos ................................................................................................................. 2
1.2. Estrutura do relatrio .............................................................................................. 2
2. Microgerao .................................................................................................................. 4
2.1. Legislao .............................................................................................................. 4
2.2. Impacto na rede de distribuio ............................................................................. 6
3. Descrio das instalaes fotovoltaicas ..................................................................... 8
3.1. Clula fotovoltaica .................................................................................................. 8
3.2. Mdulos e painis fotovoltaicos ........................................................................... 14
3.3. Inversores fotovoltaicos ........................................................................................ 17
4. Riscos associados energia fotovoltaica ................................................................. 25
4.1. Choques eltricos ................................................................................................. 25
4.2. Queimaduras ........................................................................................................ 27
5. Ligaes e protees ................................................................................................... 28
5.1. Esquemas de ligao terra ................................................................................ 28
5.2. Proteo contra choques eltricos ....................................................................... 30
5.3. Proteo contra sobreintensidades ...................................................................... 32
5.4. Queda de tenso .................................................................................................. 37
5.5. Corte de emergncia ............................................................................................ 38
5.6. Proteo contra as sobretenses de origem atmosfrica ou de manobra .......... 39
6. Seleo e instalao dos equipamentos ................................................................... 43
6.1. Canalizaes ........................................................................................................ 43
6.2. Mdulos ................................................................................................................ 44
6.3. Inversores ............................................................................................................. 46
6.4. Aparelhagem (proteo, comando e seccionamento) ......................................... 47
6.5. Conetores ............................................................................................................. 49
6.6. Descarregadores de sobretenses ...................................................................... 50
7. Sinalizao .................................................................................................................... 54
7.1. Lado AC ................................................................................................................ 54
7.2. Lado DC ............................................................................................................... 55
7.3. Inversor ................................................................................................................. 55
8. Preveno e segurana contra incndios ................................................................. 57
8.1. Garantir espao de manobra ................................................................................ 57
8.2. Cobertura dos painis fotovoltaicos ..................................................................... 58
8.3. Usar micro-inversores e caixas de otimizao DC-DC ........................................ 58
ix
8.4. Usar strings de menor dimenso ......................................................................... 59
8.5. Usar contactores .................................................................................................. 59
8.6. Criar uma base de dados ..................................................................................... 60
9. Manual de instrues ................................................................................................... 61
10. Manuteno das instalaes fotovoltaicas ............................................................... 62
10.1. Nveis de manuteno e frequncia ..................................................................... 62
10.2. Pontos tcnicos de manuteno .......................................................................... 62
11. Dimensionamento de sistemas FV ligados rede .................................................... 64
11.1. Seleo do mdulo FV ......................................................................................... 64
11.2. Dimensionamento do inversor .............................................................................. 64
11.3. Dimensionamento dos cabos ............................................................................... 66
11.4. Estimativa da energia produzida .......................................................................... 67
12. Concluso ..................................................................................................................... 69
Bibliografia .......................................................................................................................... 71
Anexo A ................................................................................................................................... i
Anexo B ................................................................................................................................. iii
Anexo C ................................................................................................................................. iv
Anexo D ................................................................................................................................ vii
Anexo E ................................................................................................................................. ix
x
Lista de figuras
Figura 1 Impacto da microproduo no perfil de tenso de uma rede de baixa tenso (BT) [12] ........ 7
Figura 2 Esquema de funcionamento de uma clula FV [13] ............................................................... 9
Figura 3 Circuito eltrico equivalente de uma clula FV [4] .................................................................. 9
Figura 4 Curvas I-U do mdulo para diferentes temperaturas com uma irradincia constante
(esquerda) e para diferentes irradincias com uma temperatura constante (direita) [14] ...........12
Figura 5 Clula de silcio monocristalino (esquerda) e clula de silcio policristalino (direita) [15] ....13
Figura 6 Clula de CdTe (esquerda) e clula de CIGS (direita) [16] ..................................................14
Figura 7 Clula Orgnica, ou Plstica [17] ..........................................................................................14
Figura 8 Clula Sensibilizada por Corantes [18] .................................................................................14
Figura 9 Representao esquemtica da estrutura de um mdulo fotovoltaico de silcio
cristalino [19] ................................................................................................................................15
Figura 10 Esquema hierrquico de agrupamentos: clula, mdulo e painel fotovoltaico [19] ............15
Figura 11 Ficha tcnica dos mdulos FV Sunmodule Plus SW 265-280 mono [20] ..........................16
Figura 12 Inversor SUNNY MINI CENTRAL 4600A / 5000A / 6000A do fabricante SMA [21] ...........17
Figura 13 Ficha tcnica do inversor da figura 12 [21] .........................................................................18
Figura 14 Ponto de operao do painel FV correspondente potncia mxima, MPPT [14] ............19
Figura 15 Inversor com transformador de baixa frequncia [23] ........................................................21
Figura 16 Inversor com transformador de alta frequncia [23] ...........................................................21
Figura 17 Inversor sem transformador [23] .........................................................................................21
Figura 18 Inversor centralizado [23] ....................................................................................................22
Figura 19 Inversor modular [23] ..........................................................................................................23
Figura 20 Inversor modular com vrias funes MPPT [23] ...............................................................23
Figura 21 Efeitos da corrente no corpo humano [27] ..........................................................................26
Figura 22 Arco eltrico gerado por um curto-circuito em baixa tenso (12 V, 20 A) [28] ...................27
Figura 23 Ligador para ligao terra [31] .........................................................................................29
Figura 24 Esquema simplificado do quadro AC [29] ...........................................................................32
Figura 25 Exemplo de instalao com proteo contra as sobretenses [33] ...................................40
Figura 26 Comprimentos a considerar para determinar o comprimento L [32] ..................................41
Figura 27 Esquema exemplificativo de como diminuir a superfcie do conjunto dos circuitos [14] ....44
Figura 28 Esquema para inversor e dois aparelhos de corte em locais distintos [29] ........................49
Figura 29 Ligao dos DSTs terra [32] ............................................................................................53
Figura 30 Exemplo de uma instalao FV com espao de manobra [27] ..........................................57
Figura 31 Caixa de otimizao DC-DC (esquerda) e Micro-inversor DC-AC (direita) [28] .................58
Figura 32 Micro-inversor DC-AC [23] ..................................................................................................59
Figura 33 Esquema para inversor e aparelhos de corte no mesmo local [29] ....................................60
xi
Lista de tabelas
Tabela 1 Fator de correo, k, para os mdulos FV do tipo cristalino ............................................... xiv
Tabela 2 Tenses tolerveis para o corpo humano em diferentes condies do corpo [27] .............26
Tabela 3 Dimensionamento dos dispositivos de proteo para uma string [32].................................34
Tabela 4 Corrente admissvel dos cabos das strings FV [32] .............................................................34
Tabela 5 Corrente admissvel dos cabos dos painis FV e escolha dos respetivos dispositivos
de proteo [32] ...........................................................................................................................35
Tabela 6 Condies de instalao de descarregadores de sobretenses no lado DC [32] ...............41
Tabela 7 Tenso suportvel, , quando no h informaes disponveis [32] ................................50
Tabela 8 Sntese da implementao dos descarregadores de sobretenses [30] .............................52
Tabela 9 reas a considerar para produzir 1 kWp com diferentes tipos de clulas [25] ....................64
Lista de siglas e abreviaturas
FV (PV) - Fotovoltaica (Photovoltaic)
DC - Corrente Contnua (Direct Current)
AC - Corrente Alternada (Alternating Current)
RESP - Rede Eltrica de Servio Pblico
RTIEBT - Regras Tcnicas das Instalaes Eltricas de Baixa Tenso
STC - Condies de Referncia (Standard Test Conditions)
NOCT - Temperatura Normal de Funcionamento da Clula (Normal Operating Cell
Temperature)
MPP - Ponto de Potncia Mxima (Maximum Power Point)
MPPT - Seguidor de Potncia Mxima (Maximum Power Point Tracker)
SRM - Sistema de Registo da Microproduo
ORD - Operador da Rede de Distribuio
DST - Descarregador de Sobretenso
xii
Glossrio de termos fotovoltaicos comuns
Unidade MP ou UMP Unidade de Microproduo
Instalao de produo de eletricidade monofsica ou trifsica, em baixa tenso, com
potncia de ligao at .
Unidade MN ou UMN Unidade de Miniproduo
Instalao de produo de eletricidade monofsica ou trifsica, cuja potncia de ligao
rede seja at .
Clula FV (PV Cell)
Dispositivo fotovoltaico fundamental, capaz de gerar eletricidade desde que sujeito a fonte
luminosa.
Mdulo FV (PV Module)
Conjunto de clulas FV com caractersticas eltricas idnticas, agrupadas, interligadas e
protegidas mecanicamente das condies ambientais.
Fileira ou String FV (PV String)
Conjunto de mdulos FV interligados em srie, de modo a garantir a tenso de sada
especificada.
Painel ou Array FV (PV Array)
Conjunto de mdulos ligados eltrica e mecanicamente bem como outros equipamentos
formando um grupo gerador de energia eltrica em corrente contnua, que poder ser formado por
apenas uma ou vrias strings FV.
- Nota: O termo string e array so de origem anglo-saxnica; Aplicam-se por ser o mais comum na
literatura internacional.
Caixa de Ligao ou de Juno do Painel FV (PV Array Junction Box)
Invlucro onde todas as strings FV de um determinado painel FV esto eletricamente ligadas
e se necessrio onde esto os dispositivos de proteo.
Gerador FV (PV Generator)
Conjunto de todos os painis FV.
Caixa de Ligao ou de Juno do Gerador FV (PV Generator Junction Box)
Invlucro onde todos os painis FV esto eletricamente ligados e se necessrio onde esto
os dispositivos de proteo.
xiii
Cabo da String FV (PV String Cable)
Cabo que liga vrios mdulos FV entre si, formando uma string FV, terminando na caixa de
ligao do gerador FV ou do painel FV.
Cabo do Painel FV (PV Array Cable)
Cabo que liga a caixa de ligao de cada painel FV caixa de ligao do gerador FV.
Cabo Principal DC (PV DC Main Cable)
Cabo que liga a caixa de ligao do gerador FV aos terminais DC do inversor FV.
Inversor FV (PV Inverter)
Dispositivo que converte a tenso e a corrente contnua em tenso e corrente alternada.
Cabo de Alimentao FV (PV Supply Cable)
Cabo que liga os terminais AC do inversor RESP.
Instalao FV (PV Installation)
Todos os equipamentos utilizados na instalao geradora de energia fotovoltaica.
Condies de Ensaio Normalizadas (STC Standard Test Conditions)
Condies normalizadas para ensaios de clulas e mdulos FV especificadas na norma EN
60904-3. Estas preveem uma irradincia de perpendicular superfcie captora, uma
massa de ar1 igual a 1,5 e uma temperatura de 25 C na clula FV.
Tenso de Circuito Aberto em Condies STC ( )
Tenso em vazio (sem carga) em condies de ensaio normalizadas nos terminais de um
mdulo FV, de uma string FV, de um painel FV, de um gerador FV ou do lado DC do inversor FV.
Tenso Potncia Mxima em Condies STC ( )
Tenso correspondente ao ponto de potncia mxima (MPP) em condies de ensaio
normalizadas nos terminais de um mdulo FV, de uma string FV ou de um painel FV.
Tenso Mxima de Circuito Aberto ( )
Tenso mxima em vazio (sem carga) nos terminais de um mdulo FV, de uma string FV, de
um painel FV ou do lado DC do inversor FV.
(0.1)
1 A Massa de Ar (fator AM) corresponde a um mltiplo do percurso da radiao solar na atmosfera para um local
preciso, num determinado momento. Este fator depende da posio do Sol e tem valor unitrio quando a posio
do Sol perpendicular. Quanto maior for a Massa de Ar, maior ser a trajetria da radiao e maior a perda de
energia. Para a Europa, a mdia anual da Massa de Ar de 1,5.
xiv
Para os mdulos FV do tipo cristalino, deve-se considerar um fator de correo de acordo
com a tabela abaixo. No caso de no se conhecer a temperatura, considera-se uma tenso igual a
. Para os mdulos no cristalinos este fator pode ser diferente consoante as instrues
do fabricante.
Temperatura Ambiente Mnima [C] Fator de Correo (k)
24 a 20 1,02
19 a 15 1,04
14 a 10 1,06
9 a 5 1,08
4 a 0 1,10
-1 a -5 1,12
-6 a -10 1,14
Tabela 1 Fator de correo, k, para os mdulos FV do tipo cristalino
Corrente Potncia Mxima ( )
Corrente correspondente ao ponto de potncia mxima (MPP) em condies de ensaio
normalizadas nos terminais de um mdulo FV.
Corrente de Curto-Circuito em Condies STC ( )
Corrente de curto-circuito em condies de ensaio normalizadas de um mdulo FV, de uma
string FV, de um painel FV ou de um gerador FV.
Corrente Inversa Mxima ( )
Valor mximo da corrente inversa suportada por um mdulo FV sem que este sofra danos.
Este valor no corresponde corrente suportada pelos dodos de desvio, mas sim corrente que flui
nas clulas FV na direo oposta ao fluxo normal. Este valor fornecido pelo fabricante.
Lado DC
Parte da instalao FV situada entre os mdulos FV e os terminais DC do inversor FV.
Lado AC
Parte da instalao FV situada entre os ligadores AC do inversor FV e o ponto de ligao
RESP.
1
Captulo 1
Introduo
Devido ao aumento do consumo mundial da energia, ao aumento do custo dos combustveis
e da libertao de gases responsveis pelo efeito estufa e ao impacto dos problemas ambientais
causados pelo aumento da atividade econmica e industrial, os pases mundiais esto mais do que
nunca concentrados na ideia de produzir energia atravs de fontes renovveis.
Com o expirar do Protocolo de Quioto, no final de 2012, foi negociado, em Copenhaga em
2009, um novo acordo internacional sobre as mudanas climticas. A Unio Europeia, de modo a
preparar-se para as negociaes, implementou as suas prprias medidas para enfrentar o combate
s alteraes climticas. Assim, do Concelho Europeu de 11 e 12 de Dezembro de 2008, resultou um
pacote de medidas a implementar (metas 20-20-20): at 2020, reduzir em 20 % as emisses de
gases com efeito de estufa, aumentar em 20 % a eficincia energtica na Unio Europeia e utilizar 20
% de energias renovveis no consumo total de energia na UE. [1]
A produo de energia eltrica atravs de recursos naturais tem-se tornado cada vez mais
vulgar. Novas tecnologias apareceram e as existentes evoluram de modo a alcanar melhores
rendimentos.
Com o incremento do recurso s energias renovveis, surge o conceito de microgerao, ou
seja, o investimento na produo, em pequena escala, de energia eltrica e a sua venda rede.
Neste momento, esta atividade est a ser alvo de incentivos econmicos por parte do governo, com o
intuito de impulsionar a microgerao em Portugal. [2]
Sendo Portugal um dos pases da Europa com melhores condies para aproveitamento da
energia solar, dispondo de um nmero mdio anual de horas de Sol entre 2200 e 3000 (na Alemanha,
por exemplo, estes valores situam-se entre 1200 e 1700 horas), e devido aos elevados incentivos do
governo, a tecnologia fotovoltaica tem tido uma adeso considervel por parte do cidado comum. [3]
O dispositivo FV fundamental a clula fotovoltaica, que gera eletricidade quando sujeita a
uma fonte luminosa. Estas so constitudas por um material semicondutor, o silcio, ao qual se
adicionam dopantes, de modo a criar um meio onde possa ocorrer o efeito fotovoltaico. Este efeito foi
descoberto por Antoine Becquerel, em 1839, e consiste na converso direta da potncia associada
radiao solar em potncia eltrica DC.
A clula FV produz potncias muito reduzidas, por isso, de modo a obter potncias maiores,
as clulas so ligadas em srie e/ou em paralelo, formando mdulos FV, que por sua vez so ligados
em srie e/ou em paralelo, formando painis FV.
Para ligar o gerador rede de energia eltrica, qual entrega toda a energia produzida,
necessrio um inversor FV que adequa as formas de onda das grandezas eltricas DC do painel s
formas de onda AC exigidas pela rede. [4]
A instalao destes equipamentos nem sempre executada da forma correta, uma vez que
por vezes o prprio instalador no possui a formao necessria e no tem os cuidados que deveria
2
ter, podendo resultar numa produo de energia abaixo da esperada, ou em falhas de segurana,
nomeadamente em relao a contatos com os painis, a descargas atmosfricas ou a incndios.
1.1. Objetivos
O projeto e a instalao dos diversos equipamentos utilizados numa instalao FV deve ser
feita com especial cuidado, uma vez que acarreta inmeros perigos, quer para os instaladores, quer
para os futuros utilizadores da instalao.
Neste sentido, este trabalho realizado com o intuito de identificar possveis lacunas
existentes nas medidas de segurana implementadas nas instalaes FV ligadas RESP,
fornecendo um estudo acerca dos diversos equipamentos utilizados numa instalao FV, e expondo a
forma adequada para serem selecionados e implementados, de forma a garantir segurana para as
pessoas e para os equipamentos.
1.2. Estrutura do relatrio
Este relatrio est dividido em doze captulos, sendo o primeiro, a introduo aos temas
abordados ao longo do trabalho. No segundo captulo descrita a atividade da microgerao, bem
como alguma legislao aplicada em Portugal e alguns dos impactos desta atividade na rede pblica
de distribuio em baixa tenso.
O terceiro captulo refere-se aos principais componentes de uma instalao FV, ou seja, a
clula FV, os mdulos e painis FV e o inversor FV. Descreve-se o funcionamento dos equipamentos
mencionados, bem como as funes de cada um e os diferentes tipos existentes.
No quarto captulo so mencionados alguns dos perigos da eletricidade, mais concretamente
dos riscos da energia FV e dos perigos das instalaes DC. No captulo seguinte so apresentadas
as ligaes e as protees a instalar para garantir a segurana das pessoas e dos equipamentos, tais
como, as ligaes terra, as protees contra os contatos diretos e indiretos, e ainda as protees
contra sobreintensidades e contra sobretenses.
O captulo seis descreve os procedimentos a adotar na seleo e implementao dos
componentes FV, ou seja, dos cabos, dos mdulos, dos inversores, dos aparelhos de proteo e
controlo, dos conetores e dos descarregadores de sobretenses.
No captulo sete tratado a sinalizao que deve existir numa instalao FV, bem como a
sua localizao. E no captulo seguinte so descritas algumas medidas adicionais para a preveno
de possveis incndios nas instalaes FV.
Os captulos nove e dez, referentes fase terminal das instalaes FV, descrevem os
documentos que devem estar presentes no manual de instrues da instalao FV e os cuidados a
ter na manuteno da instalao, respetivamente.
3
No captulo onze apresentado uma forma de dimensionamento das instalaes FV e, por
fim, no ltimo captulo, so apresentadas as concluses deste estudo.
4
Captulo 2
Microgerao
A microgerao, ou microproduo, consiste na produo de energia, atravs de instalaes
de baixa potncia, utilizando fontes renovveis, ligadas em baixa tenso.
A microgerao apresenta vrias vantagens, como por exemplo, em relao aos impactos
ambientais, destaca-se o tamanho das instalaes, que so muito menores que as centrais hdricas
ou termoeltricas e a reduo das emisses de gases poluentes. Do ponto de vista do sistema
eltrico, reduz a distncia entre a produo e os centros de consumo reduzindo assim as perdas nas
redes a montante, reduz ou adia os investimentos em transmisso e produo em grande escala,
aumenta a qualidade de servio e atenua o impacto de falhas na distribuio e transmisso;
Finalmente, em questes de mercado, tambm propicia que surjam novas abordagens de mercado e
que os preos da energia e o poder de mercado das grandes empresas sejam reduzidos, uma vez
que as redes de transporte e distribuio so usadas de forma menos intensiva. [5]
2.1. Legislao
Os microprodutores entregam a totalidade da energia produzida rede eltrica, sendo
limitada a potncia de ligao rede. Esta atividade regulada, em Portugal, pelo Decreto-Lei n.
363/2007, de 2 de novembro, alterado pelo Decreto-Lei n. 118-A/2010, de 25 de outubro, e pelo
Decreto-Lei n. 25/2013, de 19 de fevereiro, que procederam sua republicao. [6]
O Decreto-Lei n. 363/2007 veio simplificar significativamente o regime de licenciamento
existente, substituindo-o por um regime de simples registo, sujeito a inspeo de conformidade
tcnica. A entrega e a anlise de projeto so substitudas pela criao de uma base de dados de
elementos-tipo preexistente que o produtor deve respeitar, encurtando-se um procedimento com
durao de vrios meses a um simples registo eletrnico. criado o Sistema de Registo da
Microproduo (SRM), disponvel em www.renovaveisnahora.pt, que constitui uma plataforma
eletrnica de interao com os produtores, no qual todo o relacionamento com a Administrao,
necessrio para exercer a atividade de microprodutor, poder ser realizado. Neste Decreto-Lei,
tambm so criados dois regimes de remunerao: o regime geral e o bonificado.
Estes regimes tm sofrido vrias alteraes, sendo que atualmente, o regime geral aplicvel
a todos os que tenham acesso atividade. A potncia mxima de ligao de 5,75 kW e a
remunerao feita de acordo com a frmula (2.1), sendo que o valor da remunerao ronda os 140
/MWh.
(2.1)
5
Na frmula acima considera-se que a remunerao do ms m, em euros, a
energia produzida no ms m, em kWh, o valor da parcela de energia da tarifa simples entre
2,30 e 20,7 kVA aplicada no ano de 2012 pelo comercializador de ltimo recurso ao fornecimento da
instalao de consumo, o ndice de preos no consumidor, sem habitao, no continente,
referente ao ms de Dezembro de 2011, publicado pelo Instituto Nacional de Estatstica, I.P. e o
o ndice de preos no consumidor, sem habitao, no continente, referente ao ms de
dezembro do ano n-1, publicado pelo Instituto Nacional de Estatstica, I.P.
Os produtores em regime geral podem optar por vender a eletricidade diretamente em
mercados organizados ou atravs de contratos bilaterais, esta deciso deve ser comunicada ao
comercializador de ltimo recurso e ao SRM, sendo uma deciso definitiva e sem a possibilidade de
voltar ao regime remuneratrio geral.
O regime bonificado apenas aplicvel a produtores que cumpram os seguintes requisitos:
potncia de ligao at 3,68 kW e que disponham de coletores solares trmicos para aquecimento de
gua, com um mnimo de 2 m de rea de coletor, ou uma caldeira a biomassa com produo anual
de energia trmica equivalente. No caso dos condomnios, a potncia de ligao pode ir at aos
11,04 kW, e estes tm de realizar uma auditoria energtica ao edifcio e implementar as respetivas
medidas identificadas na auditoria desde que seja previsto um retorno at dois anos. [7]
Neste ultimo regime, cada produtor recebe uma tarifa nica de referncia aplicvel data da
emisso do certificado de explorao. A tarifa aplicvel durante um total de 15 anos, subdivididos
em dois perodos. O primeiro com a durao de 8 anos, com uma tarifa de referncia, em 2013,
fixada em 196 /MWh, e o segundo com a durao de 7 anos, com uma tarifa fixada em 165 /MWh,
sendo o valor de ambas as tarifas sucessivamente reduzidas anualmente em 20 /MWh. A esta tarifa
ainda aplicada uma percentagem conforme a fonte de energia, sendo de 100% para a solar, de
80% para a elica, de 40% para a hdrica e de 70% para a cogerao a biomassa. Aps os 15 anos,
aplica-se o regime remuneratrio geral. A eletricidade vendida neste regime limitada, sendo no caso
da energia solar, limitada a 2,4 MWh/ano, por cada quilowatt instalado. Tambm a potncia de
ligao registada sujeita a um limite, no podendo exceder a quota anual de 11 MW, no ano de
2013. [8]
Todas as entidades que disponham de um contrato de compra de eletricidade em baixa
tenso podem ser produtoras de eletricidade por intermdio de unidades de microproduo. A
unidade de microproduo deve ser integrada no local da instalao eltrica de utilizao. E os
produtores de eletricidade no podem injetar na RESP, no mbito desta atividade, uma potncia
superior a 50% da potncia contratada para a instalao eltrica de utilizao. Este limite no
aplicvel s instalaes eltricas de utilizao em nome de condomnios. Contudo, o acesso
atividade de microproduo pode ser restringido pelo Operador da Rede de Distribuio, ORD, caso a
instalao de utilizao esteja ligada a um posto de transformao cujo somatrio da potncia dos
registos a ligados ultrapasse o limite de 25% da potncia do respetivo posto de transformao. [9]
Para instalar uma unidade de microproduo, o interessado deve proceder ao seu registo no
SRM, mediante o preenchimento do formulrio eletrnico. O procedimento de registo inicia-se com a
inscrio do promotor e o pagamento da taxa de registo, seguindo-se a fase de aceitao desta e
6
termina com a atribuio da potncia de ligao. O registo torna-se definitivo, com a emisso do
certificado de explorao, disponibilizado no SRM, aps a instalao da unidade de microproduo
pelo produtor. A inspeo solicitada, atravs do SRM, no prazo de 4 meses contados da data do
registo. O certificado de explorao emitido na sequncia da inspeo, que deve ser efetuada nos
10 dias subsequentes ao pedido, com marcao de dia e hora em que a mesma se vai realizar,
devendo esta ser comunicada ao produtor e ao tcnico responsvel. Concluda a inspeo, o inspetor
entrega ao tcnico responsvel uma cpia do relatrio da inspeo e suas concluses, registando-as
no SRM. No prazo de 10 dias aps a emisso do certificado de explorao, ainda que provisrio, o
produtor adere ao contrato de comercializao cuja minuta deve estar disponibilizada no stio da
Internet do comercializador de ltimo recurso. O comercializador de ltimo recurso avisado, atravs
do SRM, da emisso do certificado de explorao, de modo a realizar o contrato de compra e venda
de eletricidade oriunda da microproduo com o respetivo produtor. No prazo de 10 dias aps a
adeso do produtor ao contrato de compra e venda de eletricidade, o ORD avisado para proceder
ligao da unidade RESP, dando conhecimento ao SRM. Este deve proceder ligao da unidade
de microproduo no prazo de 10 dias aps a receo dos avisos do comercializador de ltimo
recurso ou do SRM.
A instalao de unidades de microproduo pode ser realizada por empresrios em nome
individual ou sociedades comerciais, com alvar emitido pelo Instituto da Construo e do Imobilirio,
I.P., para a execuo de instalaes de produo de eletricidade. Todas as entidades instaladoras
que pretendam exercer a atividade de instalao de unidades de microproduo, devem proceder ao
seu registo no SRM, mediante o preenchimento de formulrio eletrnico e dispor de um tcnico
responsvel pela execuo de instalaes eltricas de servio particular. [10]
2.2. Impacto na rede de distribuio
O impacto na rede de distribuio tem sido alvo de diversos estudos, sendo que, de forma
geral todos apontam para concluses semelhantes. Em relao ao impacto nos perfis de tenso,
estes melhoram com o incremento das instalaes de microproduo, uma vez que corresponde a
um decrscimo dos valores de carga. No caso das perdas ativas estas diminuem com o aumento do
nvel de microgerao pois obviamente, com a reduo do consumo da carga, as correntes nos
ramos diminui e assim as perdas so menores. As perdas reativas e as perdas energticas tambm
diminuem com o aumento da microgerao, devido mesma razo. Como j foi referido, a
microgerao tambm influencia positivamente a percentagem de carga nos ramos, sendo menor
quanto maior for o nvel de microgerao. [11]
O impacto da microgerao na qualidade da forma de onda pode ser avaliado atravs da
variao do valor eficaz da tenso de alimentao e atravs da taxa de distoro harmnica (THD),
que so parmetros definidos pela norma NP EN 50160 (Caractersticas da tenso fornecida pelas
redes de distribuio pblica de energia eltrica).
7
De modo a prevenir potenciais problemas relacionados com a qualidade da onda de tenso e
com a segurana em redes de baixa tenso, a potncia de microgerao ligada a cada posto de
transformao limitada a 25% da potncia nominal do respetivo transformador e os inversores
ligados rede devem ser certificados de acordo com as normas EN 50438 (Requisitos para a ligao
de microgeradores em paralelo com as redes pblicas de distribuio de baixa tenso) ou DIN VDE
0126-1-1 (Dispositivo de desconexo automtica entre um gerador e a rede pblica de baixa tenso).
A introduo de microproduo pode facilitar o controlo da tenso em redes de baixa tenso
se existir uma boa coincidncia entre o consumo e a produo. No entanto, pode dificultar essa tarefa
na situao inversa, como se pode verificar na figura seguinte, quando a potncia de microgerao
elevada, o valor eficaz da tenso aumenta, e, em situaes de vazio, o valor da tenso de
alimentao poder ultrapassar os limites, principalmente, em redes rurais, com baixas potncias de
curto-circuito, onde as variaes de tenso so mais significativas. [12]
Figura 1 Impacto da microproduo no perfil de tenso de uma rede de baixa tenso (BT) [12]
Em termos de THD, numa situao de pouca microgerao instalada, os riscos para a rede
no so muito elevados, sendo os valores da distoro harmnica bastante semelhantes aos dos
casos sem microgerao. Com o aumento da microgerao os valores de THD aumentam, ou seja, a
circulao de correntes harmnicas nos condutores aumenta, provocando um aumento no valor
eficaz da corrente e consequentemente um aumento das perdas por efeito de Joule. No entanto, os
valores geralmente obtidos mantm-se abaixo do limite (8%) imposto pela norma NP EN 50160. [2]
8
Captulo 3
Descrio das instalaes fotovoltaicas
Em anexo (Anexo A) pode observar-se alguns esquemas de instalaes FV com os diversos
equipamentos identificados, nomeadamente um esquema de uma instalao com um painel FV e
outro com vrios painis. Seguidamente sero descritas as funes e caractersticas dos principais
componentes de uma instalao FV.
3.1. Clula fotovoltaica
Como j referido anteriormente, a clula fotovoltaica o dispositivo fotovoltaico fundamental,
sendo capaz de gerar eletricidade desde que sujeito a uma fonte luminosa.
As clulas FV so fabricadas com material semicondutor, sendo normalmente usado o silcio.
O tomo de silcio formado por catorze protes e catorze eletres, tendo quatro eletres na banda
de valncia (camada mais exterior). Estes eletres so responsveis por formar ligaes covalentes
com tomos vizinhos, pois um tomo partilha os seus eletres de valncia com os do tomo vizinho.
Uma ligao entre dois tomos de silcio resultaria de uma partilha de quatro eletres de
valncia de cada tomo, enchendo assim a banda de valncia, que s pode conter oito eletres. Logo
o silcio na sua forma pura um mau condutor eltrico, uma vez que no possui eletres livres,
impedindo assim o seu uso na produo de energia eltrica.
Para haver corrente eltrica necessrio que exista um campo eltrico, ou seja, uma
diferena de potencial entre duas zonas da clula. Atravs do processo de dopagem, que consiste na
introduo de elementos estranhos de modo a alterar as suas propriedades eltricas, possvel criar
duas camadas com diferentes propriedades.
Para criar uma regio com excesso de cargas positivas (tipo p) usado o boro, pois um
tomo de boro s possui trs eletres de valncia, deixando um eletro do silcio sem ligao. Esta
falta de um eletro considerada uma lacuna (carga positiva).
Por sua vez, para criar uma regio negativa (tipo n) usado o fsforo, visto que um tomo de
fsforo tem cinco eletres de valncia, o que vai gerar um eletro livre.
Na fronteira entre estas duas camadas, designada por juno p-n, forma-se um campo
eltrico devido aos eletres livres da camada do tipo n que ocupam as lacunas da camada do tipo p.
Quando os fotes da radiao solar com energia suficiente colidem com os eletres da estrutura do
silcio, fornecem-lhes energia e transformam-nos em condutores. Contudo, devido ao campo eltrico
gerado pela juno p-n, os eletres no conseguem fluir da camada n para a camada p. Nestas
condies, ao ligar os terminais a um circuito exterior fechado atravs de uma carga, circular uma
corrente eltrica contnua (DC) ao longo do circuito.
9
Figura 2 Esquema de funcionamento de uma clula FV [13]
Uma clula FV no armazena energia eltrica, funcionando apenas como uma bomba de
eletres, ou seja, apenas mantm um fluxo de eletres enquanto houver incidncia de luz sobre ela.
3.1.1. Modelo matemtico
Uma clula FV pode ser descrita matematicamente atravs do circuito eltrico da figura 3.
Figura 3 Circuito eltrico equivalente de uma clula FV [4]
O feixe de raios solares, ao atingir a superfcie da clula, produz a corrente eltrica , sendo
esta constante para uma dada radiao incidente. A juno p-n, representada pelo dodo,
atravessada pela corrente que depende da tenso aos terminais da clula.
A corrente que atravessa o dodo obtida pela equao (3.1).
(3.1)
Nesta equao, a corrente inversa mxima de saturao do dodo, a tenso aos
terminais da clula, o fator de idealidade do dodo ( , sendo unitrio no caso ideal) e o
potencial trmico, dado por , sendo a constante de Boltzmann ( ),
a temperatura absoluta da clula em K (0 C = 273,15 K) e a carga eltrica do eletro (
), obtendo-se para (25 C).
A corrente que percorre a carga, , obtida atravs de (3.2).
10
(3.2)
Esta equao permite calcular a corrente de sada em funo da tenso, sendo
correspondente ao modelo matemtico de um dodo e trs parmetros ( , e ). [4]
A partir da frmula (3.2), podemos analisar dois modos de operao, curto-circuito e circuito
aberto. No primeiro caso, temos , logo e , ou seja, a corrente de curto-circuito
igual corrente gerada pelo efeito fotovoltaico. Este valor caracterstico da clula e fornecido
pelo fabricante para determinadas condies de radiao incidente e temperatura. No segundo caso,
temos , logo:
(3.3)
A tenso em vazio, , a tenso mxima aos terminais da clula. Este valor tambm
caracterstico da clula e fornecido pelo fabricante para determinadas condies de radiao
incidente e temperatura. [4]
A corrente inversa mxima de saturao do dodo, , calculada recorrendo s condies
fronteira conhecidas (curto-circuito e circuito aberto). Logo a partir das condies de curto-circuito e
de (3.3) obtm-se:
(3.4)
O rendimento das clulas, nas condies de referncia, STC, a relao entre a potncia de
pico, potncia mxima de sada obtida em condies STC, e a potncia da radiao incidente, logo:
(3.5)
Onde a rea da clula e a radiao solar incidente por unidade de superfcie.
Outra forma de avaliar a qualidade das clulas FV o fator de forma, FF, obtido atravs da
seguinte equao:
(3.6)
Este fator apresenta, normalmente, valores entre 0,7 e 0,85, sendo prefervel trabalhar com
clulas em que o fator de forma o maior possvel.
As equaes (3.5) e (3.6) descrevem as clulas nas condies STC, o que facilita o processo
uma vez que os valores de ,
, ,
e so fornecidos pelo fabricante para as
condies de referncia. No entanto, para outras condies de funcionamento as frmulas tornam-se
mais complexas.
Para determinar o valor da potncia mxima, recorre-se derivada da potncia eltrica de
sada, , em ordem tenso, , ou seja:
(3.7)
11
Logo a potncia mxima resulta de:
(3.8)
(3.9)
(3.10)
Atravs de mtodos iterativos, obtm-se . Com este, obtm-se a correspondente
corrente e .
Em relao ao fator de idealidade do dodo, , um dos parmetros do modelo,
determinado, nas condies de referncia, aplicando a equao (3.2) nos pontos de circuito aberto
(3.11), curto-circuito (3.12) e potncia mxima (3.13), obtendo-se:
(3.11)
(3.12)
(3.13)
Resolvendo a equao (3.11) em ordem a , substituindo na equao (3.13), e tendo em
conta a equao (3.12) e que
e que
, resulta:
(3.14)
Esta equao permite calcular o fator de idealidade do dodo apenas sabendo os parmetros
caractersticos da clula, fornecidos pelos fabricantes.
A corrente inversa de saturao nas condies de referncia, , facilmente obtido atravs
de (3.15).
(3.15)
A intensidade da corrente DC gerada ir variar com a temperatura e com a intensidade da
radiao incidente, como se pode verificar pelos grficos seguintes. Com o aumento da temperatura,
a potncia de sada e a tenso de circuito aberto decrescem, e com o aumento da intensidade da
radiao incidente, a potncia de sada e a corrente de curto-circuito aumentam, sendo que a
corrente de curto-circuito varia linearmente com a radiao incidente, , de acordo com a equao
(3.16).
12
(3.16)
J a corrente inversa mxima de saturao do dodo varia com a temperatura da clula, , de
acordo com a seguinte formula:
(3.17)
Figura 4 Curvas I-U do mdulo para diferentes temperaturas com uma irradincia constante (esquerda) e para diferentes irradincias com uma temperatura constante (direita) [14]
3.1.2. Tipos de clulas
A primeira gerao de clulas FV constituda por clulas de silcio cristalino (c-Si). Esta
tecnologia de fabricao de clulas claramente dominante no mercado mundial.
O silcio utilizado na composio das clulas FV pode ser de dois tipos, monocristalino ou
policristalino. O silcio monocristalino apresenta uma estrutura molecular uniforme, resultante da
utilizao de um cristal nico, que ideal para o efeito fotovoltaico. Assim resultam rendimentos
mximos de cerca de 24 %, em laboratrio, e cerca de 15 % na prtica. Contudo, o custo da
produo deste material elevado, sendo preferencialmente utilizado em casos onde existem
restries de espao.
O silcio policristalino constitudo por um elevado nmero de cristais da espessura de um
cabelo humano. As descontinuidades da estrutura molecular dificultam o movimento dos eletres, o
que reduz a potncia de sada, resultando assim, rendimentos mximos, em laboratrio, de cerca de
18 %, e na prtica, de 12 %. Porm o processo de produo mais barato que o monocristalino
permitindo, com o mesmo custo e caso exista espao disponvel, a instalao de maior nmero de
clulas.
13
Figura 5 Clula de silcio monocristalino (esquerda) e clula de silcio policristalino (direita) [15]
Os mdulos cristalinos tem uma mdia de vida de cerca de 20 anos, perdendo potncia ao
longo do tempo (< 1 % por ano). [14]
A segunda gerao baseada em pelculas finas (thin films) de semicondutores depositadas
sobre um substrato rgido (metal, vidro, plstico, cermica). A vantagem desta tecnologia a
quantidade reduzida de materiais necessrios para a sua produo, provocando uma reduo
significativa nos custos de produo. No entanto, este tipo de clulas menos eficiente do que as
clulas em silcio cristalino. Esta tecnologia j tem uma presena considervel no mercado atual,
podendo ser aplicada em materiais flexveis, como txteis, plsticos ou diretamente nos edifcios.
Atualmente os materiais semicondutores mais utilizados so o silcio amorfo (a-Si), o telureto
de cdmio (CdTe) e o disseleneto de cobre-ndio-glio (CIGS).
O silcio amorfo, no tendo estrutura cristalina, no seria, em princpio, adequado para as
clulas FV. Contudo, ao adicionar uma pequena quantidade de hidrognio ao silcio amorfo
(hidrogenizao), o silcio amorfo absorve radiao de uma maneira muito mais eficiente. Esta
tecnologia apresenta rendimentos da ordem dos 13 % em laboratrio, mas na prtica reduzem-se
para cerca de 6 %. Porm, devido ao seu baixo custo e bom comportamento com baixa luminosidade,
este utilizado na alimentao de pequenos equipamentos domsticos, como calculadoras e
relgios.
O telureto de cdmio j tem sido usado em calculadoras, porm, recentemente comeou a
ser utilizado em mdulos, normalmente sobre placas de vidro. Este apresenta baixos custos de
produo em grande escala e maior eficincia na converso de energia, comparando com o silcio
amorfo. No entanto, este composto existe em menor quantidade do que o silcio e a sua toxidade,
durante a produo, tem levantado alguns problemas.
As clulas de CIGS consistem num substrato de vidro revestido por vrias camadas de
diferentes semicondutores. Estas so as mais eficientes, entre as tecnologias de pelcula fina, com
uma eficincia de cerca de 11 %. Contudo apresentam as mesmas desvantagens do telureto de
cdmio, ou seja, a pouca abundncia dos elementos utilizados e a sua toxicidade. Em relao ao
silcio amorfo apresentam a vantagem de no se degradarem sob a ao da luz solar.
14
Figura 6 Clula de CdTe (esquerda) e clula de CIGS (direita) [16]
As clulas FV de terceira gerao so a vanguarda da tecnologia solar. Estas clulas
caracterizam-se por no se basearem na utilizao da juno p-n. Nesta gerao incluem-se as
clulas orgnicas ou plsticas e as clulas sensibilizadas por corantes (dye sensitized). Nesta
gerao reala-se o total aproveitamento do espetro solar e os custos de produo ainda mais
reduzidos. No entanto, ainda esto em estudo meios de atingir melhores taxas de converso, pois
estas ainda ficam muito abaixo das que se obtm com as clulas de silcio.
Figura 7 Clula Orgnica, ou Plstica [17]
Figura 8 Clula Sensibilizada por Corantes [18]
3.2. Mdulos e painis fotovoltaicos
Uma clula tpica de 100 cm produz cerca de 1,5 Wp (tenso de 0,5 V e corrente de 3 A), o
que insuficiente para a maioria das aplicaes. Devido a isto, as clulas FV so agrupadas em srie
e em paralelo formando mdulos FV.
O nmero de clulas agrupadas num mdulo depende das necessidades de tenso e
corrente da carga a alimentar, sendo que tipicamente, devido necessidade de carregar baterias de
12 V, um mdulo constitudo por cerca de 33 a 36 clulas ligadas em srie. Caso seja necessrio
aumentar o valor da corrente de sada, as clulas so ligadas em paralelo.
De modo a proteger os mdulos contra as condies ambientais, as clulas so normalmente
embebidas numa pelcula de etileno vinil acetato (EVA), que consiste num material flexvel,
translcido e no refletor que assegura o isolamento eltrico entre as clulas. Os mdulos so ainda
encapsulados com vidro temperado (ou outro material transparente) na frente e com material protetor
15
e prova de gua na parte de trs. As laterais so vedadas para proteo contra condies
climatricas e atravs de uma moldura de alumnio formam uma unidade de montagem. Na traseira
existe uma caixa de ligao fornecendo as ligaes eltricas.
Componentes Descrio
1 Moldura
Alumnio anodizado. Confere rigidez mecnica.
2 Vidro Vidro temperado. Permite a entrada de luz solar e protege as clulas contra impactos mecnicos.
3 e 5 Pelcula de
EVA
Pelcula translcida e no refletora. Garante tambm o isolamento eltrico entre as clulas.
4 Clulas FV Elemento que converte a luz solar em corrente eltrica.
6 Isolante eltrico
Protege a parte posterior do mdulo e evita a entrada de gua e gases.
Figura 9 Representao esquemtica da estrutura de um mdulo fotovoltaico de silcio cristalino [19]
Por outro lado, os mdulos FV podem tambm ser associados em srie e em paralelo para
obter uma potncia de sada superior. Quando interligados em srie, de modo a aumentar a tenso
de sada, d-se o nome de string FV ao conjunto destes mdulos. Estas strings ao serem ligadas em
paralelo, e unidas fisicamente, constituem os painis ou arrays FV.
Figura 10 Esquema hierrquico de agrupamentos: clula, mdulo e painel fotovoltaico [19]
Um conjunto de painis, ou at um nico painel, podem compor um gerador FV, dependendo
da gerao de eletricidade pretendida.
As caractersticas (parmetros eltricos, trmicos ou mecnicos) dos mdulos FV so
medidas, em condies STC, pelos fabricantes e disponibilizadas na forma de fichas tcnicas
especficas. Usualmente, os mdulos so classificados pelo nvel de potncia, medida em Watt-pico
(Wp), que corresponde potncia mxima nas condies STC. Contudo, muito raramente se
verificam as condies de referncia na utilizao real. Por isso, geralmente especificada a
temperatura normal de funcionamento da clula (NOCT). Este valor especificado pelo fabricante e
representa a temperatura atingida pelas clulas nas condies de uma irradincia de , uma
temperatura do ar de 20 C e uma velocidade do vento de 1 m/s.
16
Dentro dos parmetros eltricos disponibilizados pelos fabricantes, destacam-se: a potncia
mxima, a corrente mxima e de curto-circuito e a tenso mxima e de circuito aberto. Dos
parmetros trmicos, os mais importantes para o dimensionamento dos sistemas FV so a NOCT e a
variao de e de em funo da temperatura. Estas variaes so de extrema importncia,
pois indicam o comportamento do mdulo em funo da temperatura ambiente. Sendo a variao de
negativa, o aumento da temperatura resulta numa reduo da tenso de circuito aberto e numa
diminuio do rendimento das clulas, pelo que a potncia fornecida fica reduzida. Daqui se conclui,
que h todo o interesse em garantir uma ventilao eficaz dos mdulos FV. Alguns fabricantes ainda
fornecem informaes sobre as caractersticas fsicas e mecnicas, tais como, as dimenses dos
mdulos, o peso e o nmero de clulas ligadas em srie.
Figura 11 Ficha tcnica dos mdulos FV Sunmodule Plus SW 265-280 mono [20]
17
3.3. Inversores fotovoltaicos
Um inversor, ou ondulador, fotovoltaico, quando instalado numa instalao ligada rede,
responsvel por desempenhar as seguintes funes:
- Converter a tenso e a corrente contnua gerada pelo gerador FV em tenso e corrente
alternada em fase com a rede de distribuio,
- Calcular o ponto de potncia mxima (funo MPPT),
- Garantir que o gerador se desliga em caso de ocorrerem defeitos na rede, tais como
variaes anormais de tenso, frequncia ou falta de alimentao por parte da rede (proteo de
desacoplagem) e
- Registar dados operacionais e sinalizar alguns avisos.
Nas figuras seguintes apresentado um exemplo de um inversor comum com a respetiva
ficha tcnica.
Figura 12 Inversor SUNNY MINI CENTRAL 4600A / 5000A / 6000A do fabricante SMA [21]
18
Figura 13 Ficha tcnica do inversor da figura 12 [21]
3.3.1. Funo MPPT
Como visto anteriormente, a potncia injetada na rede depende particularmente da
intensidade da radiao, do tipo e temperatura do painel, do sistema de interligao entre o painel e a
rede e do seu rendimento. Logo, de modo a injetar a mxima potncia disponibilizada pelos painis
FV, so necessrios vrios equipamentos de regulao e interface que otimizam as condies de
gerao e as adaptam s condies de receo impostas pela rede.
O seguidor de potncia mxima (MPPT) consiste num sistema eletrnico responsvel por
comandar os conversores fotovoltaicos, permitindo assim, que os mdulos FV funcionem no ponto de
19
operao correspondente potncia mxima. Este sistema inclui um conversor DC/DC elevador, que
aumenta o valor da tenso contnua de sada dos painis FV para valores adequados de modo a que
seja eficiente a converso das grandezas de DC para AC.
Em relao ao algoritmo MPPT, este baseia-se na procura do mximo da curva da potncia
em ordem tenso de sada do painel fotovoltaico P(V) e determina o ponto de funcionamento para o
qual o painel consegue gerar a mxima potncia possvel para as condies ambientais a que est
sujeito.
Figura 14 Ponto de operao do painel FV correspondente potncia mxima, MPPT [14]
Determinado este ponto, o MPPT fornece as referncias de tenso ou de corrente a um
conversor comutado de modo a que este solicite ao painel o valor de corrente e tenso calculados,
colocando assim o painel no seu ponto de mxima potncia.
Com as alteraes da intensidade da radiao solar ou da temperatura, resultam novas
curvas P(V) associadas, dificultando o processo do MPPT. Ao acontecerem variaes bruscas, caso
o MPPT no apresente uma resposta dinmica rpida, pode perder a regulao, desperdiando-se
energia enquanto o processo de regulao no retomado. [22]
3.3.2. Proteo de desacoplagem
Em instalaes de miniproduo (com potncia de ligao rede no superior a 250 kW), a
proteo de desacoplamento pode ser integrada ao inversor, desde que este esteja de acordo com a
pr-norma DIN VDE 0126-1-1 (Dispositivo de desconexo automtica entre um gerador e a rede
pblica de baixa tenso).
Como referido anteriormente, esta proteo destina-se a desligar o gerador no caso de faltar
a energia na rede e no caso de ocorrerem variaes anormais de tenso ou de frequncia.
Quando falha a energia por parte da RESP, importante que a instalao FV pare de
fornecer energia AC, pois isto previne que a instalao alimente a rede local durante um corte
20
planeado da rede. Este acontecimento designado ilhamento ou operao em ilha (Islanding) e
apresenta um grande perigo, tanto para aqueles que possam estar a trabalhar na rede de
distribuio, pensando que a rede est sem energia, como para os equipamentos ligados rede, uma
vez que a rede ao estar desligada no tem controlo sobre a frequncia e a tenso, estas podem
ultrapassar os limites recomendveis e avariar alguns equipamentos. Apesar das consequncias, a
probabilidade de ocorrer ilhamento bastante baixa, pois necessrio que a gerao equivalha
procura. Quando h diferenas entre a gerao FV e a procura, a frequncia e a tenso alteram-se
para valores no adequados, fazendo com que a proteo atue e desconecte a gerao FV da rede.
[23]
Segundo a norma NP EN 50160 (Caractersticas da tenso fornecida pelas redes de
distribuio pblica de energia eltrica), a frequncia deve ser igual a 50 Hz, sendo que em condies
normais de explorao, o valor mdio da frequncia fundamental em intervalos de 10 minutos deve
estar sempre entre e . Em relao tenso nominal, esta
deve ser igual a 230 V entre fase e neutro, sendo que no deve ultrapassar a gama dos
durante mais de 10 minutos. Logo de modo a respeitar esta norma, o inversor deve ser
programado para se desligar automaticamente, caso estes valores sejam excedidos. [24]
3.3.3. Tipos de inversores
Os inversores podem ser classificados em funo de diversos fatores, ou seja, o inversor
poder ser monofsico ou trifsico, dependendo da potncia da central, poder possuir, ou no,
transformador, conforme a necessidade de isolamento galvnico e poder ser do tipo central ou
modular, em funo da estrutura da central FV.
3.3.3.1. Potncia da central
A escolha de um inversor monofsico ou trifsico deve ser tomada consultando o ORD e com
base nos dispositivos disponveis pelos fabricantes, que muitas vezes esto dentro de certos limites,
ou seja, um sistema FV com uma potncia instalada at 5 kWp , geralmente, monofsico e para
sistemas maiores, o inversor trifsico. Os inversores trifsicos so normalmente equipados com
tirstores, contudo comea a ser frequente a utilizao de vrios inversores monofsicos distribudos
de forma equilibrada pelas trs fases. [25]
3.3.3.2. Isolamento galvnico
Em relao ao isolamento galvnico, os inversores podem ser fornecidos sem
transformadores ou equipados com transformadores de alta ou de baixa frequncia.
Os transformadores de baixa frequncia (50 a 60 Hz) so bastante utilizados para ajustar a
tenso de sada do inversor tenso da rede eltrica (Figura 15). Este transformador, ao fornecer
21
isolamento eltrico, permite que o gerador FV opere em tenses baixas e reduza as interferncias
eletromagnticas (IEM) produzidas pelo inversor.
Figura 15 Inversor com transformador de baixa frequncia [23]
Contudo, estes dispositivos apresentam perdas elevadas, sendo que uma forma de as reduzir
utilizar um transformador de alta frequncia (Figura 16). Como se pode observar o circuito deste
inversor mais complexo, o que o torna mais eficiente, mas com um custo significativamente superior
ao do transformador de baixa frequncia.
Figura 16 Inversor com transformador de alta frequncia [23]
Em resumo: o uso do transformador permite isolar galvanicamente o lado DC do lado AC,
possibilita a operao com tenses de curto-circuito baixas e reduz as interferncias
eletromagnticas. Por outro lado, provoca perdas hmicas e magnticas no transformador e aumenta
o peso e volume do inversor.
Se se usar um transformador, os inversores e, eventualmente, o quadro geral de baixa
tenso, devem ser instalados na mesma sala ou em salas adjacentes.
O uso de inversores sem transformador (Figura 17) possvel. No entanto, pode ser exigido
isolamento galvnico entre o lado DC e o AC. Alm disso, alguns mdulos cristalinos de alto
rendimento requerem uma ligao terra do gerador, e exigem que esta ligao apresente uma baixa
resistncia, e sem o isolamento galvnico resultaria em curto-circuito. Nos mdulos de peliculas finas,
necessrio o transformador, pois sem separao galvnica poderia surgir um potencial capaz de
provocar corroso eltrica e danificar as clulas FV.
Figura 17 Inversor sem transformador [23]
O uso de inversores sem transformador pode resultar em problemas de correntes de fuga
devido ligao momentnea entre os polos do gerador e o neutro da rede, e tambm s
capacitncias parasitas entre o gerador e a terra. Estas correntes devem ser limitadas pelo inversor,
22
devido segurana e compatibilidade eletromagntica do sistema. Este sistema apresenta algumas
vantagens, como a possibilidade de trabalhar com tenses de curto-circuito elevadas, o aumento da
eficincia e a reduo do peso e volume do inversor, mas tambm provoca o aumento das
interferncias eletromagnticas e necessita de dispositivos de proteo adicionais de modo a
bloquear a injeo de corrente DC na rede. [23]
3.3.3.3. Topologia da instalao FV
Quando uma instalao FV possui todas as strings idnticas, orientadas e inclinadas da
mesma forma, estas podem ser todas ligadas em paralelo a um nico inversor (inversor central ou
centralizado), compatvel com a potncia mxima total das strings (Figura 18). Nesta topologia
apenas h uma funo MPPT, o que impossibilita o controlo individual de cada string, prejudicando o
resultado esperado caso alguma string esteja em condies adversas, como sombreamentos. Alm
disto, caso o inversor falhe toda a instalao fica desconectada da rede. Esta topologia tambm
requer o uso de dodos de bloqueio (ver seco 5.3.1.1.) em cada string, o que cria perdas. A
vantagem desta topologia o custo, uma vez que no necessita de tantos equipamentos como as
outras topologias.
Figura 18 Inversor centralizado [23]
No caso de as strings serem diferentes, ou por composio, ou por orientao, ou por
inclinao, estas no iro ter o mesmo ponto de potncia mxima. Assim de modo a evitar que a
instalao funcione num ponto abaixo da mxima potncia, possvel instalar um inversor
independente para cada string (inversor modular, figura 19), ficando cada string com um MPPT
independente e aumentando a eficincia do sistema. Esta topologia no requer dodos de bloqueio e
caso um dos inversores falhe a instalao continua a fornecer energia rede com as outras strings.
23
Figura 19 Inversor modular [23]
Para o caso das strings serem diferentes, ainda existe outra soluo, que consiste num
inversor que integra vrias funes MPPT independentes (Figura 20). Esta topologia a mais
utilizada atualmente, pois uma soluo mais econmica que a que usa vrios inversores e permite
melhores rendimentos globais. Contudo, caso o inversor falhe, toda a instalao fica desligada da
rede, deixando de fornecer energia.
Figura 20 Inversor modular com vrias funes MPPT [23]
3.3.4. Rendimentos
O conjunto MPPT mais inversor apresenta um rendimento definido pela relao entre a
potncia entregue rede do lado AC e a potncia que seria fornecida pelo gerador FV no ponto de
potncia mxima do lado DC.
(3.18)
24
Este rendimento depende da potncia e da tenso na entrada, podendo alcanar valores de
98 %, sendo normalmente usado como referncia o valor de 90 %.
Para facilitar a comparao de diferentes inversores, em condies de funcionamento
semelhantes, existe um fator, o rendimento europeu, que consiste num rendimento dinmico
calculado para o clima europeu, atravs de uma mdia ponderada das eficincias estticas definidas
para seis diferentes regimes de carga.
(3.19)
O valor a eficincia do inversor para uma potncia de sada do gerador de 50 % da
potncia nominal do inversor. Na equao (3.19), considera-se que o inversor est sujeito a uma
carga de 50 % da carga nominal, durante 48 % do tempo de operao ao longo do ano. Este
rendimento varia entre os 86 e os 95 %. [25]
25
Captulo 4
Riscos associados energia fotovoltaica
O nmero de moradias e prdios com instalaes fotovoltaicas tem aumentado
significativamente, uma vez que as pessoas comeam a ter conscincia de que a energia um bem
precioso, e mais importante, cara. Com o objetivo de reduzir a fatura da eletricidade, muitos foram
os telhados que ficaram cobertos com painis fotovoltaicos, aproveitando tambm os elevados
incentivos europeus, que fizeram cair os tempos de retorno financeiro. Estes subsdios considerveis
provocaram uma rpida multiplicao destas instalaes e por sua vez, uma rpida proliferao de
instaladores de painis fotovoltaicos, por vezes com poucos conhecimentos e cuidados. Deste modo,
por vezes, a produo de energia fica abaixo do valor esperado, uma vez que o dimensionamento da
instalao pode no considerar determinadas variveis. Em certos casos pode tambm haver falhas
nas precaues de segurana, nomeadamente em relao a contatos com os painis, a descargas
atmosfricas ou incndios.
Para alm destas precaues, um sistema fotovoltaico tem certas caractersticas que no
podem ser esquecidas durante as fases de projeto e de instalao, de modo a prevenir eventuais
acidentes. Das caractersticas especficas de um sistema FV, destacam-se os seguintes possveis
problemas:
- Os mdulos FV enquanto expostos radiao solar produzem energia, logo necessrio
evitar que terminais em carga estejam acessveis;
- Os mdulos FV so dispositivos limitadores de corrente e a corrente de curto-circuito
ligeiramente superior corrente de funcionamento, o que leva a que fusveis sejam ineficientes para a
proteo contra curtos-circuitos;
- Uma instalao FV inclui cablagem DC, com a qual nem todos os instaladores esto
familiarizados, o que pode resultar em maus contactos eltricos e consequentemente em arcos
eltricos.
Finalmente, a combinao de riscos que existem numa instalao FV, como o risco de sofrer
um choque eltrico associado ao risco de queda, uma vez que os mdulos so normalmente
instalados nos telhados, e so difceis de manipular, pois normalmente so pesados e de elevadas
dimenses. [26]
4.1. Choques eltricos
O choque eltrico consiste na passagem de uma corrente eltrica atravs do corpo humano,
tornando-se este parte do circuito eltrico. Os problemas causados por um choque eltrico no so
influenciados pela tenso, mas sim pela corrente, portanto quanto maior a corrente, maior ser a
26
possibilidade de um acidente fatal. Na figura seguinte pode observar-se os efeitos da corrente no
corpo humano.
Figura 21 Efeitos da corrente no corpo humano [27]
Uma vez que a resistncia eltrica do corpo humano varia de acordo com as condies do
corpo, obtemos diferentes tenses tolerveis para o corpo humano. Considerando uma corrente de
25 mA, obtemos as seguintes tenses mximas que podem ser toleradas sem consequncias muito
graves.
Condio do corpo humano Corrente
Alternada (AC)
Corrente
Contnua (DC)
Pele completamente seca ou hmida
devido transpirao (2000 ) 50 V 120 V
Pele molhada (1000 ) 25 V 60 V
Pele imersa em gua (500 ) 12 V 30 V
Tabela 2 Tenses tolerveis para o corpo humano em diferentes condies do corpo [27]
Um choque em AC causa espasmos musculares que, na maioria dos casos, permitem a
pessoa largar o equipamento, no entanto, um choque em DC causa uma contrao muscular
contnua que fora a vtima a um contacto mais longo. No caso dos painis solares, a tenso
produzida em DC, e atravs da tabela acima, podemos constatar que as tenses DC apresentadas
podem facilmente ser ultrapassadas numa instalao FV.
Mesmo no caso em que as tenses no so ultrapassadas, um choque eltrico pode provocar
a perca de equilbrio, sendo perigoso uma vez que existe a possibilidade de se estar a trabalhar num
ponto alto.
27
4.2. Queimaduras
Quando dois componentes eltricos ativos, com potenciais diferentes, entram em contacto um
com o outro, pode gerar-se um arco eltrico. O mesmo pode acontecer quando um circuito em carga
fica aberto para a atmosfera, devido ionizao do ar.
Este gnero de arcos podem alcanar temperaturas entre os 3000 C e os 8000 C, podendo
provocar graves queimaduras a pessoas que se encontrem na sua vizinhana. Mais do que isso, em
certos casos, um arco pode ser to potente que poder provocar uma exploso.
Figura 22 Arco eltrico gerado por um curto-circuito em baixa tenso (12 V, 20 A) [28]
Em instalaes DC, como as fotovoltaicas, h um risco maior de arco eltrico do que nas
instalaes AC, pois nas instalaes DC a carga na tenso constante, o que significa que o arco
no se extingue enquanto o circuito estiver em carga. Nas instalaes AC, a carga aumenta e diminui
alternadamente a cada meia sinuside, permitindo que eventualmente o arco se extinga.
Devido a isto, altamente desaconselhado cortar os cabos numa instalao FV, devido ao
elevado risco de se formarem arcos eltricos. Durante a noite, esta situao no to grave, pois os
painis no esto a produzir energia. No entanto, com o nascer do sol, a instalao deixa de ser
segura, podendo resultar em choques ou arcos eltricos, devido a contactos diretos ou indiretos.
28
Captulo 5
Ligaes e protees
5.1. Esquemas de ligao terra
Segundo guia prtico UTE C 15-712-1 (Instalaes fotovoltaicas ligadas rede pblica de
distribuio), os condutores de ligao terra (isolados ou no) devem ter uma seco mnima de
de cobre ou equivalente. No caso de a ligao ser direta terra, a seco deve ser adaptada
corrente de funcionamento do dispositivo de proteo que interrompe a corrente que flui para a terra.
No caso de ser atravs de uma resistncia, a seco deve ser adaptada corrente mxima que
passe pela resistncia, considerando a .
Os condutores isolados de ligao terra devem ser identificados pelas cores verde e
amarelo.
5.1.1. Esquemas de ligao terra do lado AC
A rede pblica de distribuio em baixa tenso usa um esquema de ligao terra do tipo
TN, logo, o condutor neutro da rede no deve ser ligado com a terra da instalao FV, de modo a
evitar eventuais acidentes causados pela falha deste condutor, cuja responsabilidade pertence ao
ORD. [29]
5.1.2. Ligao terra de uma polaridade do lado DC
Alguns mdulos FV, por razes funcionais, requerem uma polaridade ligada terra
diretamente (mdulos constitudos por pelculas finas de silcio amorfo), ou atravs de uma
resistncia. Esta ligao terra s permitida se houver isolamento galvnico entre os lados AC e
DC. Este isolamento, ou est includo no inversor ou recorre-se ao uso de um transformador por
inversor, ou de um transformador nico com vrios enrolamentos (um enrolamento por cada
inversor), sendo necessrio garantir que os inversores utilizados so compatveis com este tipo de
soluo. Quando no h isolamento galvnico entre os lados AC e DC, o esquema de ligao terra
da parte DC idntico da parte AC, ou seja, no ligada terra qualquer polaridade.
A ligao da polaridade terra realizada perto da entrada DC do inversor ou no prprio
inversor se ele o permitir. A ligao terra , de preferncia, localizada imediatamente a montante do
dispositivo de corte do lado DC do inversor de modo a manter a ligao terra, mesmo durante a
manuteno do inversor.
29
Quando a polaridade DC ligada terra diretamente, para prevenir defeitos terra a
montante da ligao terra, usa-se uma proteo que interrompa o circuito automaticamente de
modo a eliminar a corrente de defeito que percorre o cabo que faz a ligao terra. Quando ligada
terra atravs de uma resistncia, para prevenir defeitos terra a montante da ligao terra, usa-
se um dispositivo de monitorizao do isolamento. Este dispositivo escolhido tendo em conta a
e a capacitncia entre os polos e a terra causada por fugas de corrente. Tambm a
capacidade eltrica dos cabos e do inversor devem ser considerados. Para sistemas FV adequado
um dispositivo de monitorizao do isolamento capaz de lidar com capacidades at . [30]
5.1.3. Ligao terra das massas e dos elementos condutores
As massas, segundo a seco 23 (Proteo contra os choques eltricos) das RTIEBT, so as
partes condutoras de um equipamento eltrico suscetveis de serem tocadas, como os invlucros
metlicos que contm condutores eltricos, que normalmente esto isolados das partes ativas, mas
que, em caso de defeito, podem ficar acidentalmente em tenso.
5.1.3.1. Lado DC
Para minimizar os efeitos devido a sobretenses induzidas, as estruturas metlicas dos
mdulos e as estruturas metlicas dos suportes (incluindo os caminhos de cabos metlicos) devem
ser ligados a uma ligao equipotencial prpria ligada terra. Estas estruturas metlicas so
normalmente de alumnio, e devero ser utilizados ligadores adequados para o efeito, uma vez que
condutores de cobre nus no devem estar em contacto com peas de alumnio. A ligao terra dos
mdulos FV realizada de acordo com os requisitos do fabricante.
Figura 23 Ligador para ligao terra [31]
5.1.3.2. Lado AC
As massas dos materiais alimentados pela rede de distribuio pblica devem ser interligadas
por meio de condutores de proteo e ligadas ao mesmo eltrodo de terra, conforme a seco
413.1.1.2 (Ligaes terra) e a seco 54 (Ligaes terra e condutores de proteo) das RTIEBT.
As massas simultaneamente acessveis devem ser ligadas, individualmente, por grupos ou em
30
conjunto, ao mesmo sistema de ligao terra. Caso exista um transformador exterior ao inversor,
ambos os dispositivos devem ser ligados a uma ligao equipotencial.
5.1.3.3. Inversor
A massa do inversor deve ser ligada ao condutor de proteo do lado AC e terra das
massas da instalao, por um condutor com seco mnima de de cobre ou equivalente. [32]
5.2. Proteo contra choques eltricos
Os equipamentos FV do lado DC devem ser considerados sempre em carga, mesmo quando
o sistema est desligado do lado AC. Devido a isto, todas as caixas de ligao (do gerador e dos
painis) devem ser rotuladas com a indicao que contm partes que podem manter-se em carga,
mesmo com o inversor FV isolado.
5.2.1. Proteo contra os contatos diretos
Os materiais eltricos utilizados devem garantir isolamento quer por construo quer pela
utilizao de invlucros. Todos os invlucros com partes ativas devem permanecer trancados
permitindo a abertura com a utilizao de uma chave ou de uma ferramenta, a no ser que s
estejam acessveis a pessoas qualificadas ou instrudas. Estes invlucros devem ter um grau de
proteo mnimo IP 2X ou IP 44 para o caso de se situarem no exterior.
Esta proteo torna-se desnecessria quando a tenso contnua da instalao FV
tem um valor limitado a 60 V ou a 30 V, ou seja, quando se usa a Tenso Reduzida de Segurana,
TRS2, ou a Tenso Reduzida de Proteo, TRP
3, respetivamente. [32]
Os mdulos FV acessveis a pessoas ou a animais devem ser protegidos por sistemas de
barreiras ou vedaes, de modo a evitar contatos involuntrios.
5.2.2. Proteo contra os contatos indiretos
Esta seco descreve os diferentes modos de proteo das pessoas contra os contatos
indiretos numa instalao FV. Estas medidas de proteo dependem das medidas implementadas no
lado DC e da presena, ou no, de um transformador com isolamento galvnico entre os lados DC e
AC. Em anexo (Anexo B), encontra-se uma tabela resumo das protees contra os contatos indiretos.
[32]
2 Em ingls SELV Safety Extra-Low Voltage; Em francs TBTS Trs Basse Tension de Scurit.
3 Em ingls PELV Protected Extra-Low Voltage; Em francs TBTP Trs Basse Tension de Protection.
31
As normas de proteo contra os contactos indiretos so as estabelecidas na seco 41 das
RTIEBT (Proteo contra os choques eltricos).
5.2.2.1. Lado DC
Para proteo contra os contatos indiretos do lado DC deve ser implementado pelo menos
um dos seguintes mtodos: proteo por meio de tenso reduzida, TRS ou TRP, ou proteo por
utilizao de equipamentos de classe II de isolamento ou equivalente.
A proteo por TRS ou TRP deve estar de acordo com as exigncias da seco 411.1 das
RTIEBT (Proteo por tenso reduzida TRS ou TRP) e deve ser assegurado o isolamento galvnico
entre o lado DC e o AC conforme a seco 411.1.2 das RTIEBT (Fontes de alimentao para TRS e
TRP). A tenso contnua no deve exceder os 120 V.
Na utilizao de equipamentos de classe II de isolamento (isolamento reforado), estes
devem ser utilizados at aos terminais DC do inversor e devem ser aplicados os requisitos da seco
413.2 das RTIEBT (Proteo por utilizao de equipamentos da classe II ou por isolamento
equivalente). Segundo a norma IEC 60364-4-41 (Instalaes eltricas de baixa tenso Proteo
para garantir segurana Proteo contra os choques eltricos), seco 412.1.1, o isolamento de
classe II fornece proteo contra os contatos diretos e indiretos atravs do isolamento reforado entre
as partes em carga e as partes acessveis. Esta medida destina-se a impedir que apaream tenses
perigosas em partes acessveis dos equipamentos eltricos, devido a falhas de isolamento. [30]
Os cabos devero suportar uma tenso mnima obtida pela frmula , sendo
M o nmero de mdulos de cada string, sendo que os cabos das strings e o cabo principal devem
garantir um nvel de isolamento mnimo de 1 kV. [29]
No lado DC, nem os fusveis, nem os disjuntores, protegem contra choques pois no
permitem desligar automaticamente a fonte de alimentao.
5.2.2.2. Lado AC
No lado AC, a proteo contra os contatos indiretos assegurada ou atravs de isolamento
de classe II, ou atravs da desconexo automtica da fonte de alimentao. Nesta ltima soluo
dever ser utilizado um aparelho diferencial (sensvel corrente diferencial-residual) de mdia
sensibilidade (300 mA ou inferior). [29]
Caso se recorra a um disjuntor diferencial, este pode garantir, simultaneamente, a proteo
contra sobreintensidades, no entanto, esta soluo no obrigatria.
Caso se utilizem dois aparelhos distintos (Figura 26 (a)), a proteo contra sobrecargas
atravs do aparelho magnetotrmico dever ser estabelecida do lado da rede. Contudo, se a
instalao estiver equipada com um inversor com transformador de isolamento a proteo diferencial
(a) dispensvel, pois o inversor no consegue alimentar as correntes de defeito DC.
32
Se forem utilizados equipamentos auxiliares alimentados diretamente pela instalao FV, tais
como seguidores, reguladores ou outros, estes devem ter um circuito especfico (b) que garanta
proteo e continuidade de servio da instalao.
Figura 24 Esquema simplificado do quadro AC [29]
5.3. Proteo contra sobreintensidades
5.3.1. Lado DC
A escolha dos dispositivos de proteo contra sobreintensidades e o dimensionamento dos
cabos do lado DC devero ser feitos observando os seguintes aspetos: (Anexo C).
5.3.1.1. Proteo dos mdulos FV
As correntes inversas podem ser causadas por um defeito no lado DC, como por exemplo,
um curto-circuito num mdulo FV ou um cabo defeituoso, e surgem quando a tenso de circuito
aberto de uma string significativamente diferente da tenso de circuito aberto das outras strings
ligadas em paralelo. A corrente flui das strings sem defeito para a que tem defeito, em vez de fluir
para o inversor, surgindo na string com defeito uma corrente inversa igual soma das correntes das
restantes strings, gerando aumentos de temperatura perigosos e podendo ocorrer incndios nos
mdulos FV. Para evitar esta situao, podem ser ligados dodos de bloqueio em srie com cada
string.
Os dodos de bloqueio tm a funo de evitarem curtos-circuitos e correntes inversas entre
strings caso ocorram avarias ou tenses diferentes nas strings. De acordo com a norma IEC 60364-7-
712 (Instalaes eltricas de edifcios Requisitos para instalaes ou localizaes especiais
Geradores de energia fotovoltaica (FV)), a tenso inversa dos dodos de bloqueio deve corresponder
ao dobro da tenso de circuito aberto, em condies STC, na string.
(5.1)
Como estes dodos provocam perdas de potncia, mesmo em caso de sombreamento, a sua
utilizao no proporciona uma produo energtica consideravelmente maior, uma vez que os
mdulos standard suportam correntes inversas sem serem danificados e as perdas devido s
correntes inversas so compensadas pelas perdas originadas pelas quedas da tenso aos terminais
dos dodos. Devido a isso e ao facto de a falha destes dodos no ser detetada, seno demasiado
33
tarde, atualmente estes dodos no so utilizados em sistemas ligados rede. De acordo com a
norma IEC 60364-7-712, os dodos de bloqueio so dispensados caso os mdulos FV sejam do
mesmo tipo, com uma proteo de classe II, com capacidade de suportar 50 % da corrente nominal
de curto-circuito quando polarizados inversamente e o desvio da tenso de circuito aberto entre as
diferentes strings no seja superior a 5 %. Em alternativa, habitual usar-se fusveis de proteo nos
dois lados da string, ou dimensionar os cabos de modo a garantir proteo contra sobreintensidades.
[19]
Quando o gerador FV constitudo por uma nica string no h riscos de correntes inversas,
e quando constitudo por duas strings com o mesmo nmero de mdulos em paralelo, a corrente
inversa mxima que pode circular na string defeituosa . Como o valor tpico da
corrente inversa mxima suportada pelos mdulos FV de silcio cristalino est entre e ,
no so necessrios dispositivos de proteo contra sobreintensidades.
Caso o gerador FV seja constitudo por strings ligadas em paralelo ( ), a corrente
inversa mxima que pode circular na string com defeito . Logo um
dispositivo de