Avaliação de DPS instalados em inversores fotovoltaicos

Os DPS protegem os inversores solares evitando danos no equipamento

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Inversores solares utilizam semicondutores na sua fabricação e, por isso, são vulneráveis às descargas atmosféricas diretas e indiretas. Para protegê-los contra os efeitos dos raios é necessário utilizar as MPS (Medidas de Proteção contra Surtos) descritas na norma técnica ABNT NBR 5419-1:20151. Entre as MPS encontra-se a instalação de um sistema coordenado de DPS (Dispositivos de Proteção contra Surtos), que em relação ao inversor pode ser instalado do lado de fora, muito próximo a ele, ou no interior do próprio equipamento. Os DPS protegem as instalações eletroeletrônicas, incluindo os seus equipamentos, contra surtos de tensão, ou corrente causados por descargas atmosféricas, ou chaveamentos. Quando instalados em inversores solares (Figura 1) os DPS (Figura 2) têm a única função de protegê-los, evitando assim danos no inversor.

Figura 1: Inversor Solar. Fonte: Proauto

Figura 2: DPS para circuitos em corrente contínua. Fonte: DEHN

Para que um DPS atue de forma eficiente é necessário que ele esteja instalado no local correto, segundo o conceito de ZPR (Zonas de Proteção contra Raios) descrito na norma técnica ABNT NBR5419-4:20152. Em relação aos inversores solares, o interior desses equipamentos poderia ser classificado como uma ZPR 1, 2 ou 3, dependendo de onde o inversor esteja colocado, requerendo a proteção de um DPS classe II ou I+II, sempre instalado, externa ou internamente, no ponto exato em que os cabos entram no inversor. A opção por inversores solares que já incorporem DPS deve ser cuidadosamente analisada pelos projetistas de sistemas fotovoltaicos porque influencia a confiabilidade, o custo e a manutenibilidade não só do inversor, mas de todo o sistema. Justamente por ser uma decisão aparentemente simples, com duas possibilidades, DPS incorporado ou não, alguns aspectos sobre essa decisão devem ser considerados ainda na fase de projeto. Existem alguns parâmetros básicos para especificação de um DPS, como a sua corrente de surto e o seu nível de proteção. Para a garantia da integridade do inversor o nível de proteção é o fator mais importante, já que é ele que limita a tensão nos terminais do equipamento, impedindo que ela alcance valores que ele não pode suportar. Para que a proteção seja a mais eficaz possível é recomendado que o nível de proteção (UP) dos DPS3 para a proteção do inversor seja mais baixo do que a sua suportabilidade às sobretensões (Uw)4, evitando que desvios em UP ou Uw comprometam a proteção. É importante que o projetista do SFV conheça esses parâmetros porque sempre cabe a ele especificar seus valores nominais, mesmo que seja para validar o DPS que esteja incorporado ao inversor. Caso o DPS incorporado ao inversor não seja o ideal, segundo o projetista, não será tão simples instalar outro do lado de fora como segurança. O paralelismo entre varistores (normalmente a essência de um DPS classe II ou I+II) é algo complexo, já que dois DPS que utilizem apenas varistores, mesmo modelos iguais de um único fabricante, começarão a atuar a partir de diferentes, embora próximos, valores de tensão, o que implicará que o primeiro a comutar para baixa impedância impedirá a atuação do segundo. Desta forma, é possível que um dos DPS tenha que ser sempre trocado, enquanto o outro nunca entrará em operação, quase como se não existisse. Caso sejam dois DPS de fabricantes diferentes, esta possibilidade será maior ainda. Por esse motivo, se existir um DPS inadequado no interior de um inversor solar, será mais interessante substituí-lo do que tentar compensar sua baixa performance instalando um outro DPS na caixa de junção. Outro aspecto importante em inversores que já possuem DPS incorporados é a necessidade periódica de substituição desses componentes. Muitos fornecedores utilizam produtos de fabricantes que não atuam no Brasil e, por isso, torna-se muito difícil adquirir alguns módulos para reposição (Figura 3). Como bases e módulos não são intercambiáveis entre DPS de fabricantes diferentes, será necessário trocar todo o DPS, algo que significará um custo adicional, muitas vezes não avaliado no projeto do sistema fotovoltaico. Neste caso, o problema pode ser evitado aceitando-se apenas inversores solares cujos seus DPS sejam de fabricantes que atuam no Brasil, diretamente ou através de distribuidores. Além do benefício da facilidade de reposição dos módulos, será possível obter desses fabricantes um suporte técnico caso a vida útil de seus DPS seja muito baixa ou eles não estejam conseguindo proteger os inversores contra correntes de surto, ou sobretensões transitórias.

Figura 3: A possibilidade de substituição dos módulos do DPS deve ser considerada quando da sua aquisição. Fonte. DEHN

Os DPS que utilizam apenas varistores possuem final de vida útil e devem ser retirados do circuito quando ele acontece. No caso de linhas de energia em corrente contínua isto requer cuidados especiais. Em DPS instalados no interior de inversores solares essa precaução deve ser muito mais rigorosa, já que caso a corrente em regime permanente não seja interrompida o DPS pode pegar fogo, destruindo totalmente o inversor solar, causando danos bem maiores do que aconteceria com um DPS instalado na caixa de junção. Um aspecto positivo em DPS incorporados aos inversores solares é a inexistência de erros de conexão, causados pelo excesso de comprimento de cabos entre DPS, inversor e barra de equipotencialização. Com o DPS instalado dentro do inversor será praticamente impossível que ele e o equipamento que deve ser protegido tenham referências de potencial diferentes. O fornecimento de DPS já instalados no interior de inversores solares só faz sentido caso o fabricante do inversor instale todos os DPS que serão necessários, energia AC e CC e linhas de sinal. Devido às inúmeras possibilidades de classes de DPS para cada uma de suas aplicações, será muito difícil para os fabricantes de inversores padronizar para os seus produtos um único conjunto de DPS que sirva para todas as necessidades de seus clientes. Com base no aqui apresentado, podemos concluir que a incorporação de DPS aos inversores solares só é válida quando a opção do fabricante do inversores for avalizada pelo projetista do sistema fotovoltaico. Ao aceitar inversores com DPS de baixa qualidade, cujos parâmetros são inadequados ou fabricados por empresas desconhecidas no Brasil, está se contratando um problema, principalmente em locais com alta densidade de descargas atmosféricas à terra.

Referências

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Sergio Roberto Santos

Engenheiro eletricista da Lambda Consultoria. Formado pela UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro), com especialização em economia e negócios (MBA) pela UFSCAR (Universidade Federal de São Carlos). Atualmente, é mestrando em tecnologia da energia no Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de São Paulo (IEE-USP).