Setembro 22, 2019

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Telhas fotovoltaicas são seguras?

Introdução

No lugar de módulos fotovoltaicos instalados sobre telhados, telhas que já são módulos fotovoltaicos. Essa é a ideia das telhas fotovoltaicas, um produto muito interessante e com muitas possibilidades de aplicação.  

Há telhas fotovoltaicas de todos os tipos. Talvez o exemplo mais famoso seja o da fabricante americana Tesla. Não sabemos se o sucesso (ou a fama) das telhas da Testa devem-se à qualidade do produto ou à excentricidade de Elon Musk, fundador da Tesla Motors, que além de fabricar carros elétricos é acionista da Solar City, uma das maiores instaladoras de sistemas fotovoltaicos dos EUA.

Recentemente a Tesla esteve envolvida nos EUA com um imbróglio com a Walmart, maior rede de supermercados dos EUA. Motivo: incêndios em sete lojas da rede cobertas com painéis fotovoltaicos. Embora esse infeliz incidente nada tenha a ver com as telhas fotovoltaicas fabricadas pela Tesla, é inevitável a associação do acidente com suas telhas fotovoltaicas, que são a última novidade da empresa no mercado solar e têm recebido grande interesse do público. 

O que são telhas fotovoltaicas?

É simples: são telhas cobertas com algum tipo de dispositivo fotovoltaico. O caso mais simples são telhas convencionais sobre as quais se aplicam células cristalinas (também convencionais).

Qual é a novidade nisso? Não há muito o que dizer. Em vez de termos sobre os telhados módulos fotovoltaicos com 60, 72 ou 144 células (números padrão do mercado), teremos 100, 200, 300... 1000 telhas fotovoltaicas dotadas individualmente de um pequeno número de células cristalinas. O que se ganha com isso é apenas um grande número de conexões elétricas e nenhuma vantagem do ponto de vista de eficiência ou praticidade de instalação.  

Figura 1: Célula fotovoltaica cristalina (frente e verso).

Figura 2: Telhas cobertas com células cristalinas.

Uma evolução das telhas fotovoltaicas com células cristalinas são as telhas fabricadas com filmes finos. Nessa categoria encaixam-se as telhas da Tesla e de outros fabricantes, como a chinesa Hanergy, que vemos nas figuras abaixo. Esses tipos de telhas aproveitam toda a área disponível do telhado e podem competir em eficiência e desempenho com os sistemas fotovoltaicos tradicionais.  

Figura 3: Telhas fotovoltaicas da Tesla.

Figura 4: Composição do telhado solar da Tesla evidenciando o modo de montagem e os terminais elétricos das telhas.

Figura 5: Telha fotovoltaica ondulada produzida pela fabricante chinesa Hanergy.

Na ocasião do lançamento das telhas fotovoltaicas da Tesla o CTO J. B. Straubel (presidente de tecnologia) da empresa afirmou que o sucesso do novo produto devia-se em parte à experiência da Tesla na fabricação de conectores para aplicações automotivas. "Muitos desafios foram vencidos através do aprendizado da Tesla na validação e na produção em massa de conectores automotivos", anunciou o CTO. "Nós fomos capazes de resolver problemas complexos de design com fabricação própria, sem terceirização", complementou ele. 

De fato uma boa experiência na fabricação de conectores elétricos é fundamental para o sucesso das telhas fotovoltaicas. Telhas fotovoltaicas são como "mini-painéis" solares. O princípio de funcionamento é o mesmo dos módulos solares, sejam eles cristalinos ou de filmes finos.

Conexões elétricas

A diferença central entre as duas tecnologias (módulos x telhas) é o elevado número de conexões para ligar todas as telhas de um telhado fotovoltaico.

Não é preciso ter conhecimento técnico para imaginar que o aumento do número de conexões elétricas pode estar acompanhado do aumento da quantidade de problemas. Geralmente o principal motivo de falhas (e incêndios) nos sistemas fotovoltaicos são os maus contatos nas conexões elétricas e isso não vai ser diferente com as telhas fotovoltaicas. Figura: As conexões elétricas são a principal causa de falhas dos sistemas fotovoltaicos. Nesta foto observamos um conector do padrão MC4 derretido devido à ocorrência de um mau contato. O fabricante do conector é desconhecido.

Nos sistemas fotovoltaicos qualquer pequeno mau contato em uma conexão elétrica pode resultar em prejuízos incalculáveis. A raiz do problema reside no risco de geração de arcos elétricos, já que os sistemas fotovoltaicos trabalham sob tensões elevadas (tipicamente em torno de 900 Vcc nos sistemas residenciais ou de microgeração) e correntes contínuas com intensidades de até 10A. Qualquer pequeno mau contato pode provocar um princípio de incêndio.

A confiabilidade das conexões elétricas é fundamental para o sucesso das telhas fotovoltaicas, assim como de qualquer outro sistema fotovoltaico, mesmo aqueles construídos com módulos convencionais.

A confiabilidade das conexões elétricas é fundamental para o sucesso das telhas fotovoltaicas.

Padrão MC4

Existem fabricantes especializados em conexões elétricas para sistemas fotovoltaicos. O padrão adotado mundialmente por todo o mercado fotovoltaico é conhecido como MC4 (as iniciais remetem ao seu fabricante original, Multi Contact, hoje pertencente ao grupo suíço Stäubli).

Diversos fabricantes reproduzem atualmente os conectores do tipo MC4, que são relativamentecompatíveis com o MC4 original, distribuídos com denominações como T4 e H4, por exemplo. (*O assunto da compatibilidade entre conectores de fabricantes diferentes será abordado em outro artigo.)

A chave do sucesso das telhas fotovoltaicas, para que possam competir com os tradicionais módulos fotovoltaicos, é a presença de bons conectores elétricos. Os conectores devem preferencialmente ser do tipo MC4, padronizados e adotados mundialmente pela indústria fotovoltaica. Abaixo vemos um exemplo de telha fotovoltaica que adota o padrão internacional MC4.

Figura 6: Detalhe da telha fotovoltaica ondulada da Hanergy, onde podemos ver a presença de conectores do padrão MC4. As telhas fotovoltaicas são como pequenos módulos solares. 

E se a telha fotovoltaica não possuir conectores MC4? Embora isso seja muito improvável de acontecer, já que as conexões de sistemas fotovoltaicos são mundialmente padronizadas, deve-se tomar o cuidado de questionar o fabricante a respeito da segurança de suas conexões: os conectores são resistentes à entrada de umidade ou poeira? São resistentes à oxidação e aos maus contatos? São compatíveis com as tensões de operação dos sistemas fotovoltaicos (1000 Vcc ou 1500 Vcc), estão em conformidade com as normas NBR-5410 e NBR-16690? 

Se o seu fabricante de telha fotovoltaica utiliza qualquer tipo de conector que seja diferente do MC4, questione! Conexões para sistemas fotovoltaicos devem atender as exigências da norma NBR-16690 (sobre instalações elétricas fotovoltaicas) que destacamos a seguir: 

Adicionalmente, deve-se levar em conta que o conector elétrico é apenas um dos itens envolvidos na construção de um módulo ou de uma telha fotovoltaica. Ainda existe a presença da junction box, muito conhecida nos módulos convencionais e também indispensável nas telhas solares. A junction box é necessária para realizar de forma segura as conexões elétricas das células fotovoltaicas com o mundo exterior.

Além disso, a junction box é útil para alojar o diodo de bypass, que é indispensável nas telhas fotovoltaicas, assim como nos módulos solares convencionais. Na figura abaixo vemos em destaque a junction box da Hanergy, onde fica cuidadosamente alojado o diodo de bypass da telha.

Por outro lado, se o seu fabricante de telhas fotovoltaicas não emprega junction box, deixando o diodo de bypass exposto, os contatos metálicos do diodo ficam expostos e podem ser tocados por pessoas ou animais, oferecendo risco de choque elétrico e morte, além de possibilitar a oxidação dos contatos elétricos, o que reduzirá consideravelmente a vida útil do produto.

Figura 7: Junction box da telha fotovoltaica da Hanergy. Nesta caixa encontra-se alojado o diodo de bypass, item indispensável nas telhas e nos módulos fotovoltaicos.

Em resposta à pergunta que constitui o título deste artigo, podemos então afirmar que as telhas fotovoltaicas são tão seguras como qualquer outro módulo ou dispositivo fotovoltaico que possua conectores elétricos apropriados, que atendam as normas técnicas vigentes e que não ofereçam risco de arco elétrico, choque elétrico, mau contato ou oxidação prematura de contatos. Em resumo, um bom conector elétrico é necessário para a segurança das telhas fotovoltaicas.


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Last modified on Domingo, 08 Setembro 2019 10:48
Marcelo Gradella Villalva

Especialista em sistemas fotovoltaicos. Doutor (PhD), Mestre e Graduado em Engenharia Elétrica. É docente e pesquisador do quadro permanente da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) da UNICAMP - Universidade Estadual de Campinas. Diretor do LESF - Laboratório de Energia e Sistemas Fotovoltaicos da UNICAMP. Autor de mais de 200 artigos técnicos de alcance internacional nas áreas de eletrônica de potência e sistemas fotovoltaicos. Autor do livro "Energia Solar Fotovoltaica - Conceitos e Aplicações". Pioneiro em treinamentos em sistemas fotovoltaicos no Brasil. É coordenador do programa de Extensão em Energia Solar Fotovoltaica da UNICAMP (http://cursosolar.com.br), onde apresenta cursos de Introduçao à Energia Solar Fotovoltaica, Projeto e Dimensionamento de Sistemas com PVSyst e Instalação e Integração de Sistemas Conectados à Rede Elétrica.

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