Comissionamento de usinas e sistemas fotovoltaicos: Parte 1 – Considerações Gerais

Introdução

Sistemas fotovoltaicos (SFVs) são construídos para operar por pelo menos 25 anos. Uma ferramenta importante para assegurar essa longevidade é o comissionamento. Comissionamento é um processo padronizado e imparcial, que visa garantir a operação segura e eficiente de um determinado sistema. Deve validar o projeto, a execução e os equipamentos empregados de acordo com as normas, leis, boas práticas de engenharia e requisitos específicos do proprietário. Trazendo essa definição para o nosso universo fotovoltaico, podemos resumir o comissionamento como sendo o processo de verificação e validação do SFV, visando identificar problemas que podem comprometer a segurança e a geração de energia (kWh) nos níveis esperados.

Vários benefícios são gerados por um comissionamento bem feito:

• Maximiza os lucros dos investidores, uma vez que diminui a exposição a defeitos e paradas do SFV;
• Reforça e respalda a preocupação com o controle de qualidade do projeto e da instalação, engajando todo o time em prol de um serviço bem executado;
• Evita riscos de incêndio, choques elétricos e mal funcionamento do SFV;
• Evita retrabalhos;
• Incentiva os instaladores a serem diligentes na execução, facilitando a conclusão do projeto;
• Garante que o projeto esteja documentado de acordo, facilitando a operação e a manutenção (O&M).
• Formaliza a passagem de responsabilidade dos times de projeto e execução para o proprietário ou operador do sistema.

Os benefícios do comissionamento são alcançados com custos e prazos muito pequenos quando olhado o projeto como um todo.

O comissionamento deve ser realizado por equipe especializada, que não tenha a responsabilidade técnica do projeto ou da execução, com responsabilidade somente na verificação, atuando como “árbitro” do processo como um todo. Algumas empresas responsáveis pela engenharia e construção do sistema incorporam o processo de comissionamento ao processo de montagem e instalação do SFV, geralmente realizado pela própria equipe de execução. Apesar de isso ser uma boa prática, olhando sob o ponto de vista do proprietário, fica difícil garantir imparcialidade destas análises. Muitas vezes, em obras do setor público ou mesmo em empreendimentos privados, os contratos incluem a participação de uma empresa terceira, exclusiva para o comissionamento.  

O comissionamento deve iniciar desde a concepção do SFV, identificando os problemas de forma proativa nas fases de projeto e planejamento, evitando que os mesmos sejam executados em campo, reduzindo-se assim os custos com eventuais reparos e retrabalhos. Quanto mais tardia a identificação de um problema em um projeto, maiores são os custos para corrigi-los.

As principais normas a serem seguidas no processo são as seguintes:

• ABNT NBR 16274 – Sistemas fotovoltaicos conectados à rede — Requisitos mínimos para documentação, ensaios de comissionamento, inspeção e avaliação de desempenho;
• IEC 62446-1 – Photovoltaic (PV) Systems - Requirements For Testing, Documentation And Maintenance - Part 1: Grid Connected Systems - Documentation, Commissioning Tests And Inspection;
• ABNT NBR 5410 – Instalações Elétricas de Baixa Tensão;
• NR-10 – Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade.
• NBR 16690: Instalações elétricas de arranjos fotovoltaicos – Requisitos de projeto (Projeto de Norma – em consulta pública);
• ABNT NBR 16149 – Sistemas fotovoltaicos (FV) – Características da interface de conexão com a rede elétrica de distribuição;
• ABNT NBR 14039 – Instalações elétricas de média tensão de 1,0 kV a 36,2 kV;
• ABNT NBR 5419, Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas;
• ABNT NBR 15749 – Medição de resistência de aterramento e de potenciais na superfície do solo em sistemas de aterramento;
• NBR 5426 – Planos de amostragem e procedimentos na inspeção por atributos;
• IEC 60364-6 – Low-voltage electrical installations – Part 6: Verification;
• IEC 60364-7-712 – Requirements for special installations or locations - Solar photovoltaic (PV) power supply systems;
• IEC 62548 – Photovoltaic (PV) arrays – Design requirements;
• IEC 61010 (all parts) – Safety requirements for electrical equipment for measurement, control, and laboratory use;

Todos os SFVs, sejam eles residenciais com potência de algumas unidades de kWp, ou grandes usinas com algumas centenas de MWp, devem passar pelo comissionamento antes da entrada em operação.

Deve-se elaborar um Plano de Aprovação robusto, levando em conta todos os possíveis modos de falha. Cada modo de falha deve ser classificado de acordo com a probabilidade e a severidade. O plano de aprovação deve conter uma ação de avaliação para cada modo de falha, com atenção redobrada para os itens de alta severidade.

O comissionamento possui três etapas de avaliação: inspeção, ensaios e avaliação de desempenho.

Inspeção

Grande parte das não-conformidades são identificadas nesta etapa. Nesta etapa não é utilizado nenhum equipamento de medição. São realizadas somente avaliações visuais com o objetivo de garantir que nenhuma norma ou boa prática de engenharia está sendo violada. A inspeção deve preceder os ensaios de comissionamento.

É importante, durante a inspeção, confirmar que as conexões e os componentes têm qualidade e que os equipamentos instalados conferem, em especificações e número, com o estipulado no projeto.

A NBR 16274 recomenda que a inspeção seja dividida nas seguintes etapas:

• Inspeção do sistema CC;
• Inspeção do sistema CA;
• Inspeção da proteção contra sobre tensão e choque elétrico;
• Etiquetagem e identificação;
• Instalação mecânica.

Ensaios

Os ensaios de comissionamento têm como objetivo identificar falhas em componentes do SFV ou na montagem dos mesmos. Os equipamentos de medição devem estar de acordo com os requisitos das normas IEC 61557 e IEC 61010.

Deve-se executar os ensaios de acordo com o Plano de Aprovação.

A NBR 16274 especifica três regimes de ensaio padrão, sendo eles:

• Ensaios de categoria 1
• Ensaios de categoria 2
• Ensaios adicionais

Ensaios de Categoria 1

A norma sugere que os ensaios de categoria 1 sejam realizados em todos os SFVs, independentemente de tamanho, tipo (solo ou telhado), localidade ou complexidade. Os ensaios desta categoria são listados abaixo:

• Continuidade da ligação à terra e dos condutores de ligação equipotencial;
• Ensaio de polaridade;
• Ensaio da(s) caixa(s) de junção;
• Ensaio de corrente da(s) série(s) fotovoltaica(s) (curto-circuito ou operacional);
• Ensaio de tensão de circuito aberto da(s) série(s) fotovoltaica(s);
• Ensaios funcionais;
• Ensaio de resistência de isolamento do(s) circuito(s) CC
• Ensaio do(s) circuito(s) CA segundo os requisitos da IEC 60364-6.

Ensaios de Categoria 2

Os ensaios de categoria 2, conforme sugere a NBR 16274, aplicam-se a SFV de potências elevadas ou complexos. É verdade que essas definições de tamanho e complexidade são subjetivas, pois um SFV pode ser complexo na interpretação de um, mas não na interpretação de outro. Na dúvida se são aplicáveis ou não, devem-se incluir esses testes no plano de comissionamento. Antes de terem início os ensaios de categoria 2, é recomendável que todos os ensaios de categoria 1 tenham sido realizados e aprovados. Os ensaios da categoria 2 são listados abaixo:

• Ensaio de curva IV da(s) série(s) fotovoltaica(s);
• Inspeção com câmera infravermelha (câmera termográfica).

Ensaios adicionais

Caso existam modos de falha não cobertos pelos ensaios de categoria 1 e 2, ensaios adicionais podem ser necessários. Em alguns casos o proprietário da planta solicita testes especiais para endereçar alguma preocupação que ele tem. A NBR 16274 prevê alguns ensaios adicionais, sendo eles:

• Ensaios de tensão ao solo - sistemas com aterramento resistivo;
• Ensaio de diodos de bloqueio;
• Ensaio de resistência de isolamento úmido;
• Avaliação do sombreamento.

Avaliação de desempenho

No final de tudo, o que importa é se o SFV irá gerar a energia esperada. Ao final do comissionamento, uma pergunta recorrente de qualquer proprietário é se ele está tendo a quantidade de energia prevista quando tomou a decisão de investir em um SFV.  

Uma das formas para tentar responder essa pergunta é olhando para os inversores do SFV. A grande maioria dos fabricantes de inversores disponibilizam a medição de energia entregue no ponto de conexão, mostrando esses valores em plataformas online. Deste modo é possível verificar mensalmente se os níveis de energia esperados estão sendo alcançados. No entanto, essa avaliação simples pode não ser suficiente para convencer o proprietário de que o sistema entrega o que propõe, já que a geração de energia depende também da irradiação solar. Ficará a pergunta “estou gerando a quantidade de energia porque o sistema entrega de fato ou porque a irradiação solar foi maior do que o previsto”.

Ou seja, como a geração de energia não depende somente de um bom projeto bem executado, mas também de condições climáticas, é necessária uma metodologia que consiga de certa forma desacoplar questões construtivas de questões climáticas. Uma forma para se alcançar isso é utilizar indicadores de performance, sendo o PR (do inglês performance ratio, ou índice de performance) o indicador mais utilizado.

O PR é definido na IEC 61724 como a razão entre a produtividade real e a produtividade teórica do SFV. Há muita discussão sobre se o PR é de fato o melhor indicador para se fazer essa avaliação. Apesar disso, ele é de longe o indicador mais utilizado por investidores, projetistas e construtores quando se discute desempenho.

A NBR 16274 define os procedimentos para se chegar ao PR com base em medições de irradiação solar, temperatura, energia, tensão e corrente elétrica. A mesma norma recomenda que a avaliação seja feita durante um período de pelo menos um ano.

Documentação

Os resultados do comissionamento devem ser documentados em forma de relatório e fornecidos ao proprietário ou contratante do serviço. Deve-se listar as não conformidades encontradas, classificando-as de acordo com a sua criticidade.

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