A expansão acelerada da geração fotovoltaica no Brasil consolidou a energia solar como um dos pilares da transição energética, compondo cerca de 23,2% da matriz elétrica. Sistemas cada vez mais potentes, distribuídos e conectados à rede passaram a integrar residências, indústrias, comércios e grandes plantas de geração.
No entanto, esse avanço tecnológico também trouxe um desafio crítico: como garantir a segurança, a continuidade operacional e a durabilidade desses sistemas diante de eventos elétricos extremos.
Entre os principais riscos enfrentados pelos sistemas fotovoltaicos estão os surtos elétricos, frequentemente associados a descargas atmosféricas, manobras na rede e perturbações eletromagnéticas.
De acordo com o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) o Brasil recebe em média 78 milhões de descargas atmosféricas por ano, sendo considerado um país com alto índice ceráunico. Quando não tratados adequadamente, esses fenômenos podem causar falhas prematuras, perdas financeiras significativas e até riscos à segurança das instalações e das pessoas.
É nesse contexto que a proteção contra surtos deixa de ser um item acessório e passa a ocupar um papel estratégico no projeto, na instalação e na manutenção de sistemas fotovoltaicos. Mais do que atender a normas técnicas, trata-se de adotar uma abordagem consciente de engenharia, capaz de elevar o nível de confiabilidade e robustez das usinas solares.
O novo ebook foi desenvolvido pela CLAMPER para apresentar, de forma clara e aplicada, os conceitos fundamentais, os mecanismos de proteção, as normas envolvidas e as melhores práticas relacionadas à proteção contra surtos em sistemas fotovoltaicos, contribuindo para decisões técnicas mais seguras e projetos mais resilientes.
O que são surtos elétricos?
Existem variações normais de tensão e corrente previstas na operação da rede. O surto elétrico também se trata de uma variação de tensão, porém transitória de curta duração e alta energia, causada normalmente por descargas atmosféricas ou manobras na rede.
Um surto tem duração da ordem de microssegundos e é capaz de danificar componentes sensíveis como inversores fotovoltaicos, já que sua eletrônica é capaz de resistir apenas a pequenos impulsos transitórios. Sem proteção externa, pode falhar após poucos surtos.
Os surtos podem ocorrer de maneira condutiva (pelos cabos), indutiva (campos magnéticos), capacitiva (campos elétricos) ou resistiva (diferença de potencial no solo).
Onde os surtos elétricos ocorrem no sistema FV?
No sistema fotovoltaico, o surto encontra mais de um ponto de ingresso:
- Lado de Corrente Contínua: cabos formando grandes espiras na conexão das strings dos módulos favorecem a indução de corrente de alta intensidade, além de cabos de grande comprimento entre os módulos e inversores.
- Lado de Corrente Alternada: descargas atmosféricas ou manobras na rede propagam surtos até o lado CA do inversor.
Por isso, tanto normas nacionais quanto internacionais recomendam o uso de Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) em sistemas fotovoltaicos, dada sua exposição por várias partes que compõem o sistema.
Quais são os tipos de descargas atmosféricas?
Existem duas formas de uma descarga atmosférica atingir um equipamento:
- Descargas diretas: são as mais perigosas, já que atingem diretamente o sistema, normalmente o módulo fotovoltaico, componente mais exposto. O módulo atingido apresenta sinais de queima no frame e nas partes superiores e até vidro quebrado.
- Descargas indiretas: são mais brandas, já que o raio caiu em outra localidade e apenas induziu uma corrente nos cabos da string. Por outro lado, pode danificar dezenas de diodos bypass de uma vez. Isso causa a perda de tensão do módulo e consequentemente de geração. Em geral, afeta módulos conectados na mesma string e mais próximos um do outro. Esta alta tensão pode chegar até o inversor e danificá-lo também. Além disso, descargas indiretas também podem percorrer a rede da concessionária até chegar ao inversor pelo lado CA.
Em nenhum dos casos mencionados acima a garantia cobriria os impactos causados, já que não se trata de um problema de fabricação ou de desempenho do produto. Apenas seguros contratados com esta finalidade poderiam ressarcir os prejuízos causados.
O que é um DPS?
O DPS (Dispositivo de Proteção contra Surtos) é um equipamento utilizado em instalações elétricas para proteger equipamentos contra sobretensões transitórias, geralmente causadas por descargas atmosféricas (raios), manobras na rede elétrica ou comutação de cargas indutivas.
O DPS atua como um limitador de tensão, desviando para o sistema de aterramento os surtos de alta tensão que poderiam danificar equipamentos sensíveis. Para isso, utiliza um varistor, que é um componente de resistência não linear, a qual varia segundo a tensão aplicada.
Como funciona um DPS?
Em condições normais de operação, o DPS permanece inativo, apresentando alta impedância e não interferindo no circuito.
Quando ocorre um surto de tensão e o valor ultrapassa o nível de atuação do DPS:
- O dispositivo entra em condução, reduzindo a impedância;
- O excesso de energia é desviado rapidamente para o aterramento;
- A tensão no circuito é limitada a um nível seguro para os equipamentos;
- Após o surto, o DPS retorna ao estado de alta impedância, fechando a passagem da corrente para a terra.
Por que utilizar um DPS?
Muitas pessoas podem se perguntar “um raio não cai duas vezes no mesmo lugar, qual a probabilidade de atingir minha usina?”. E de fato, não é tão comum que um raio caia sobre o mesmo lugar, a não ser que formato e altura favoreçam isso. Porém, mesmo que o raio não caia exatamente na sua usina, ele pode afetá-la de maneira indireta. Exemplo:
Um raio atinge uma árvore próxima a sua usina, são encontrados sinais de queima na árvore, mas não se nota defeito visual nos módulos.
Entretanto, a queda do raio nas proximidades causa a indução de corrente nos cabos das strings, danificando os diodos bypass e fazendo com que esses módulos percam tensão de um terço em um terço. Além disso, esta tensão súbita que apareceu no lado CC pode danificar o inversor.
Existe DPS para uso específico no fotovoltaico?
DPS específicos para uso em sistemas fotovoltaicos, e eles apresentam diferenças importantes em relação aos DPS convencionais de corrente alternada (CA).
A principal diferença está no comportamento elétrico da corrente contínua, que não cruza o zero como ocorre na CA. Por esse motivo, o DPS fotovoltaico utiliza varistores especialmente dimensionados para CC, com maior capacidade de suportar tensão contínua elevada e evitar condução permanente.
Além disso, é comum a presença de circuitos internos de desacoplamento térmico (fusíveis ou disjuntores), que desconectam em caso de curto-circuito, reduzindo o risco de sobreaquecimento e incêndio
A CLAMPER desenvolveu um DPS específico para sistemas fotovoltaicos para o lado CC, a linha CLAMPER Solar SB, que traz como diferenciais ter seccionadores CC ou fusíveis in-line integrados nos modelos de CLAMPER Solar CB , invólucro em plástico anti-chama resistente a intempéries e indicador visual de status.
Quanto custa deixar de instalar um DPS?
Um DPS representa em média 8% do valor total do sistema FV. Para baratear o sistema, alguns instaladores optam por não adicionar proteção.
No entanto, isso pode causar danos de proporções muito maiores, como falha de inversores (10x o valor da proteção), pausa na geração (varia com o tempo sem geração, mas é muito maior que o valor da proteção), custo de manutenção corretiva para substituir os equipamentos danificados e perda de garantia, visto que alguns fabricantes não aceitam garantia de inversores sem proteção ou não cobrem danos externos como os surtos.
Conclusão
Como foi explicado anteriormente, o DPS é essencial para proteger os ativos do sistema fotovoltaico e saber escolher os parâmetros adequados do DPS é de fundamental importância para que ele trabalhe de maneira adequada e filtre as tensões para que foi projetado. O ebook disponibilizado pela CLAMPER descreve cada um desses parâmetros sendo um guia completo para escolher um DPS de maneira adequada.
As opiniões e informações expressas são de exclusiva responsabilidade do autor e não obrigatoriamente representam a posição oficial do Canal Solar.
