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Comissionamento de sistemas FV com otimizadores de potência

Confira as diferenças do comissionamento de uma planta com topologia tradicional e uma com otimizadores

Autor: 22 de janeiro de 2021Artigos técnicos
Comissionamento de sistemas FV com otimizadores de potência

A norma de comissionamento de sistemas fotovoltaicos ABNT NBR 16274 prevê que qualquer sistema fotovoltaico deve passar pela etapa de ensaios e documentação de comissionamento.

A norma traz uma espécie de passo-a-passo do processo, que se encaixa bem em um projeto tradicional com módulos, cabeamento CC das strings e inversor. 

Porém, algumas topologias de projeto como sistemas com otimizadores e microinversores possuem particularidades em sua construção e em seu funcionamento, o que faz com que sejam necessárias adaptações nas medições para verificar o funcionamento do sistema. 

Este artigo abordará as principais etapas e as diferenças do comissionamento de uma planta com topologia tradicional e uma com otimizadores.

Já discutimos anteriormente aqui no Canal Solar o que é o comissionamento de uma usina e quais equipamentos que costumamos usar para o mesmo, porém sem levar em conta as peculiaridades de sistemas com otimizadores. 

De forma resumida, os testes previstos na norma de comissionamento são:

  • Inspeção de projeto;
  • Inspeção visual da instalação;
  • Teste de continuidade do aterramento;
  • Teste de tensão das strings: medição da tensão Voc e tensão de operação);
  • Teste de corrente das strings: medição da corrente Isc e corrente de operação;
  • Ensaios na string-box: verificação das tensões segundo a montagem do sistema;
  • Ensaio da resistência de isolação: entre o positivo com o terra, negativo com o terra e curto-circuito do positivo e negativo com o terra.

Inspeção de projeto e inspeção visual

Nesta etapa é analisado o projeto em busca de erros de concepção e incompatibilidade dos equipamentos. Um projeto com premissas equivocadas ou com equipamentos fora dos limites de funcionalidade e grandezas elétricas incorretamente selecionadas geralmente não tem uma boa performance.

Aqui não há grande diferença entre o comissionamento de um sistema tradicional e o de um sistema com otimizadores, bastando apenas um cuidado especial para a verificação da compatibilidade dos otimizadores com os módulos e inversor.

A primeira análise em campo a ser feita é a inspeção visual. A instalação do sistema pode acabar não seguindo o que foi projetado no papel, seja por descuido do instalador ou por necessidade de adaptar a algum problema percebido em campo que não se previu na concepção.

Nesta etapa é necessário conferir visualmente a instalação dos módulos, a integridade das conexões e cabos, a instalação do otimizador e do inversor e a organização da string-box.

Figura 1: Podemos notar a falta de cuidado do instalador com os cabos dos otimizadores e dos módulos. Um sistema com cabeamento solto torna a manutenção mais difícil e eleva o risco de danos aos cabos por esforços mecânicos e intempéries. Fonte: SolarEdge

Figura 1: Podemos notar a falta de cuidado do instalador com os cabos dos otimizadores e dos módulos. Um sistema com cabeamento solto torna a manutenção mais difícil e eleva o risco de danos aos cabos por esforços mecânicos e intempéries. Fonte: SolarEdge

Devido à geração e dissipação de calor pelo otimizador e pelo inversor é importante verificar se as distâncias mínimas recomendadas no manual estão sendo seguidas.

A não observância deste item pode causar um aquecimento excessivo, prejudicando a geração do sistema, conforme já abordado no artigo Redução de potência do inversor fotovoltaico por temperatura.

Figura 2: As distâncias mínimas devem ser respeitadas na instalação dos inversores. Cada modelo tem sua especificação, o que torna a leitura do manual indispensável. Fonte: SolarEdge

Figura 2: As distâncias mínimas devem ser respeitadas na instalação dos inversores. Cada modelo tem sua especificação, o que torna a leitura do manual indispensável. Fonte: SolarEdge

Ensaios de comissionamento

Medições de corrente e tensão

Antes de discutir as grandezas medidas, precisamos entender como funciona eletricamente um sistema composto de otimizadores. Existe mais de um tipo de topologia com otimizadores no mercado. Neste artigo abordaremos a topologia mais comum, que é a dos sistemas SolarEdge.

Figura 3: Organização de um sistema fotovoltaico com otimizadores de potência. Fonte: SolarEdge

Figura 3: Organização de um sistema fotovoltaico com otimizadores de potência. Fonte: SolarEdge

Os otimizadores trabalham condicionando a energia em corrente contínua de 1 ou 2 módulos em outros níveis de tensão e corrente contínuas, podendo posteriormente ser ligados em série e paralelo ao inversor específico para esta aplicação. 

Um dos diferenciais dos otimizadores estudados é a função de segurança SafeDC, que diminui os níveis de tensão nos circuitos CC para 1V por otimizador quando detecta que o inversor está desligado.

Ou seja, imaginando um otimizador desconectado do inversor mas conectado a um módulo, conseguiríamos medir um valor próximo ao Voc do módulo na entrada do otimizador mas somente 1V de tensão nos terminais de saída do otimizador. 

Devido a este efeito, quando formos medir a tensão Voc da string para verificar se a montagem está correta em relação ao número de otimizadores, devemos esperar ter 1V para cada otimizador ligado em série.

Outro problema do qual queremos nos proteger é a terminação errada de cabos extensores, onde pode ocorrer a mistura de terminais positivos e negativos e portanto uma ligação com polaridade invertida. 

A medição de tensão do arranjo traz uma resposta rápida para este problema. Em todos os pontos onde tivermos paralelismo precisaremos medir a polaridade dos circuitos paralelizados para que não haja montagem invertida. 

Caso haja a troca de polaridade entre negativo e positivo em uma das séries (strings), o otimizador não será capaz de se comunicar com o inversor e permanecerá no modo de segurança de 1V.

Figura 4 : O otimizador não se comunicará com o inversor caso sua polaridade seja invertida ao mesmo. Fonte: SolarEdge

Figura 4 : O otimizador não se comunicará com o inversor caso sua polaridade seja invertida ao mesmo. Fonte: SolarEdge

Devido à funcionalidade de segurança SafeDC não conseguiremos medir qualquer corrente ao curto-circuitar as saídas dos otimizadores. 

O ensaio de corrente de curto-circuito em sistemas com otimizadores pode ser realizado individualmente nos módulos, o que é trabalhoso e pode ser indiretamente verificado posteriormente no monitoramento do otimizador, uma vez que um módulo com corrente Isc muito fora de sua especificação com certeza terá deficiência na geração de energia. Desta forma, não se realiza o ensaio de corrente de curto-circuito nestes sistemas.

Os ensaios de tensão e corrente de operação em sistemas tradicionais são úteis para verificar se há falhas graves de montagem ou se há algum outro problema no arranjo que faça com que a geração se torne muito baixa. 

Como nos sistemas com otimizadores temos o monitoramento individualizado dos módulos e há uma comunicação dos mesmos com o inversor, é muito simples encontrar o item defeituoso, além de que qualquer ligação equivocada entre os otimizadores fará com que os mesmos indiquem falha de comunicação ou de operação e o inversor não se ligue.

Os inversores próprios para o uso destes otimizadores costumam trabalhar com um nível de tensão fixa na entrada. Cada otimizador, por sua vez, trabalha com uma certa tensão de saída tal que a potência extraída seja máxima para cada módulo.

Um ensaio de tensão de operação realizado entre os pólos positivos e negativos de um arranjo com otimizadores deve medir níveis de tensão próximos a essa tensão fixa, que se encontra no manual do inversor.

Figura 5: Os sistemas fotovoltaicos com otimizadores buscam trabalhar com uma tensão fixa entre o otimizador e o inversor, sendo a tensão individual de cada otimizador ajustada de forma a extrair a maior potência possível de cada módulo. Fonte: SolarEdge

Figura 5: Os sistemas fotovoltaicos com otimizadores buscam trabalhar com uma tensão fixa entre o otimizador e o inversor, sendo a tensão individual de cada otimizador ajustada de forma a extrair a maior potência possível de cada módulo. Fonte: SolarEdge

Medição de resistência de isolamento

A medição da resistência de isolamento deve ser efetuada para verificar se há algum condutor ou conector danificado causando uma fuga ao terra. Para fazer esta medição precisamos de um equipamento especial, o megômetro, que é capaz de medir resistências na ordem de centenas de megaohms.

Deve-se desconectar os cabo positivo e negativo do arranjo de otimizadores e do inversor e medir a resistência de isolamento que ocorre entre cada um desses cabos e o ponto de aterramento. Este método é referenciado na norma como método 1 de ensaio de isolamento.

A norma pede uma resistência de isolamento de pelo menos 1 MOhm. Já o fabricante recomenda que esta resistência seja de pelo menos 200 MOhm.

Também podemos realizar o ensaio de isolação tipo 2, que verifica a isolação entre o curto-circuito do positivo e do negativo com o terra. Como será feito um curto-circuito dos condutores é necessário que haja algum dispositivo capaz de interromper a corrente no circuito para evitar a formação de arco elétrico no momento da desconexão do mesmo. Os valores recomendados pelo fabricante variam em função do produto e se encontram nas próximas figuras.

Figura 6: Método de ensaio de resistência de isolamento tipo 1. Fonte: SolarEdge

Figura 6: Método de ensaio de resistência de isolamento tipo 1. Fonte: SolarEdge

Figura 7: Método de ensaio de resistência de isolamento tipo 2. Fonte: SolarEdge

Figura 7: Método de ensaio de resistência de isolamento tipo 2. Fonte: SolarEdge

Tabela retirada da norma NBR 16274 relacionando as tensões do sistema, as tensões de ensaio e a resistência de isolamento mínima no comissionamento de sistemas fotovoltaicos:

Comissionamento de sistemas FV com otimizadores de potência

Continuidade da equipotencialização

A equipotencialização e o aterramento do sistema devem ser contínuos. Para isto, é necessário realizar o teste de continuidade entre cada uma das interfaces dessas conexões. 

Ou seja, precisamos verificar a continuidade do aterramento entre os módulos e as estruturas, entre os módulos e os otimizadores, entre os otimizadores e a string-box e o inversor, entre a carcaça metálica do inversor e o condutor de terra e entre a conexão de terra do inversor com o aterramento geral da instalação.

Análise de curva I-V

Como os otimizadores não se ligam sem a presença do inversor compatível, e como os inversores e otimizadores buscam trabalhar com uma tensão fixa, não conseguimos realizar o teste do traçador de curva I-V do arranjo. 

Em sistemas tradicionais podemos ligar uma string ao traçador e analisar sua resposta de corrente e tensão e detectar defeitos nos módulos, por exemplo. 

Em sistemas com otimizadores o estado de saúde dos módulos vai ser verificado através do monitoramento individual durante o funcionamento do sistema. Logo, o teste do traçador de curva I-V é desnecessário e não-aplicável nos sistemas fotovoltaicos com otimizadores.

Análise termográfica

A análise termográfica é muito útil para detectar conexões mal feitas. Em sistemas com otimizadores não há diferença na aplicação. A câmera termográfica deve ser usada para a análise dos módulos (para buscar células danificadas, por exemplo) e nos pontos de conexão do sistema.

Configuração do inversor e app

A etapa final do comissionamento deve ser a configuração do inversor e da sua conexão à rede. Cada marca e cada modelo tem seu processo específico – logo, o instalador deve se atentar ao procedimento descrito no manual. 

Feita a configuração, o instalador poderá verificar problemas por sinais de erro, caso algum outro defeito tenha passado pelos testes, e também realizar o monitoramento, que é de suma importância para analisar o desempenho da planta logo no início do seu funcionamento e também ao longo de sua vida útil.

Documentação e monitoramento

Todas as etapas do ensaio devem ser documentadas e preferencialmente fotografadas. Essa documentação deve compor um relatório conforme os moldes mostrados nos Anexos A e B da norma NBR 16274. 

O acompanhamento do desempenho da planta também é indispensável, pois através dele podemos detectar problemas na geração que possam ter escapado da etapa de comissionamento da planta. 

Aqui os sistemas com otimizadores contam com uma vantagem significativa: monitoramento individualizado por otimizador. Desta forma, problemas localizados em módulos específicos podem ser identificados rapidamente, deixando o trabalho de manutenção mais ágil.

Aprenda mais

Conheça também estes artigos do Canal Solar que abordam o comissionamento dos sistemas fotovoltaicos:

Mateus Vinturini

Mateus Vinturini

Especialista em sistemas fotovoltaicos e engenheiro eletricista graduado pela Universidade Estadual de Campinas, UNICAMP. Entusiasta de ciências e tecnologia, com experiência no ramo da energia solar, tanto no âmbito comercial como em projeto, dimensionamento e instalação de sistemas fotovoltaicos. 

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