18 de agosto de 2022
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SMA Safety: segurança em sistemas fotovoltaicos

A correta formação de profissionais deve ser prioridade para garantir a segurança de uma instalação

Autor: 1 de agosto de 2022Artigo do fabricante
SMA Safety: segurança em sistemas fotovoltaicos

Inversor da SMA passando por um rígido teste de qualidade

Os sistemas fotovoltaicos de geração distribuída têm seu papel cada vez mais presente na sociedade atual. A popularização destes sistemas de geração tem levantado diversas preocupações de seus usuários e das entidades em relação a pontos como a segurança desses sistemas em relação a incêndios e seu impacto na conexão à rede elétrica, no Brasil e no mundo.

Um fator importante a se levantar, quando se trata de segurança, é a segurança física e econômica dos instaladores dos sistemas, que se expõem a riscos, como trabalho em eletricidade e em altura.

A correta formação desses profissionais deve ser prioridade para tratar as questões envolvidas em segurança que serão citadas. Ao escolher equipamentos de alta qualidade e ao realizar uma instalação apropriada, os riscos econômicos da empresa responsável pela instalação do sistema fotovoltaico pode ser bastante reduzido.

Em contrapartida, a instalação e o projeto são os pontos mais críticos para garantir a segurança e vida útil do sistema. Todavia, equipamentos de alta qualidade não são suficientes para garantir a total segurança das instalações se a mão de obra não for capacitada.

Neste artigo, serão discutidas as principais causas de problemas e as soluções que podem ser incorporadas para aumentar a segurança dos sistemas fotovoltaicos.

Quando abordado o tema de segurança, tanto material quanto pessoal, nos sistemas fotovoltaicos, deve-se atentar ao uso da eletricidade e ao risco estrutural que a carga do sistema oferece ao local em que foi instalado.

Riscos de incêndio

Em relação ao risco de incêndio, estatísticas do Reino Unido em 2017 mostram que de aproximadamente 1 milhão de sistemas fotovoltaicos existentes, houve apenas 58 registros de ocorrências de incêndio [1].

Na Alemanha, uma proporção semelhante de incidentes foi registrados. Dos 54 GW até hoje instalados, apenas cerca de 0,006% foram atingidos por incêndios [2]. Os sistemas fotovoltaicos são seguros por natureza, quando instalados corretamente e utilizando-se de equipamentos de alta qualidade, que garantem a segurança da planta.

Causas de incêndios

Quando analisadas as causas para os incêndios, na Holanda cerca de 70% dos casos de incêndios registrados foram provenientes de arco elétrico no lado de corrente contínua (CC) das instalações [3]. Nessas ocorrências, conexões elétricas precárias, conectores mal instalados e conexões cruzadas foram elencadas como as principais causas [4 e 5].

Conexões

Dentre essas causas, podem-se mencionar a falta de crimpagem correta dos conectores e as conexões cruzadas. O processo de crimpagem deve ser realizado de acordo com um procedimento correto e com ferramentas específicas.

Conexão-cruzada é o nome que se dá a uma conexão utilizando dois conectores não compatíveis que, por semelhança construtiva, se acoplam mecanicamente. Porém, apesar de mecanicamente poderem ser acoplados, estes conectores, por serem de fabricantes distintos, não possibilitam a correta conexão elétrica entre eles.

Em dois conectores em que não se apresenta uma conexão apropriada pode-se formar uma camada de óxido entre os pólos do contato, ocasionando uma resistência de transição.

Esta resistência pode levar ao desenvolvimento de pontos quentes dentro do conector, que podem resultar em um ponto de ignição para um incêndio, através de um arco elétrico interno ao conector. Da mesma forma, é possível afirmar que o mesmo problema acontece para conectores instalados de forma errada [3, 4 e 5].

Arco elétrico

Como visto anteriormente, o arco elétrico é o maior vilão das instalações elétricas. Quando se fala em corrente contínua, o arco é ainda mais crítico, pelo fato de ocorrer mesmo em tensões mais baixas, em comparação às tensões dos circuitos de corrente alternada. O arco de corrente contínua é de difícil extinção. Além de favorecer o início de incêndios, esse tipo de arco torna difícil combater o incêndio, uma vez iniciado [5].

Sistemas enxutos trazem maior segurança

A segurança dos sistemas fotovoltaicos tem continuamente evoluído, à medida que a tecnologia vai avançando e os sistemas vão se tornando mais populares. Por exemplo, os dispositivos de monitoramento de corrente residual, medição de resistência de isolamento, proteção contra polaridade reversa e outras funções vêm sendo integradas à tecnologia dos inversores, de forma a garantir a segurança e estabilidade de funcionamento do sistema.

SMA ArcFix

Em adição a estas tecnologias, a SMA desenvolveu o SMA ArcFix, um sistema de detecção e interrupção de arco voltaico (AFCI), tornando o sistema mais seguro e confiável de forma inteligente, com mínima adição de componentes eletrônicos.

O sistema SMA ArcFix detecta de forma eficiente potenciais arcos elétricos nos arranjos fotovoltaicos e interrompe o circuito elétrico antes que o ponto onde se formaria o arco se aqueça e, consequentemente, leve a um incêndio. A SMA é pioneira na aplicação do sistema AFCI nos Estados Unidos da América e vem desenvolvendo e aprimorando esta solução por mais de uma década.

SMA Safety: segurança em sistemas fotovoltaicos

Abertura de um conector MC4 sem AFCI (imagem superior) e com AFCI (abaixo)

Solução SMA para conectores

Em relação às conexões elétricas, que foram apresentadas como a principal causa de incêndio, a SMA soluciona o problema de uma forma simples há anos. A conexão entre os módulos fotovoltaicos e o inversor é feita utilizando-se o conector SUNCLIX.

O SUNCLIX é um conector exclusivamente compatível, que elimina a possibilidade de conexão cruzada, uma vez que não encaixa com os conectores mais comuns no mercado.

O conector SUNCLIX não necessita de ferramenta exclusiva para sua montagem, tornando o sistema fotovoltaico mais confiável, devido ao fato de ser muito mais fácil a montagem, minimizando erros. As conexões elétricas se tornam mais simples e seguras quando utilizados os inversores SMA.

Instalação mais segura com menos dispositivos

SMA Safety: segurança em sistemas fotovoltaicos

Sistema SMA com strings convencionais (esquerda) e sistema com MLPE (direita)

Como visto anteriormente, as falhas nas conexões elétricas são a principal causa de arco elétrico, que por sua vez é a principal causa de incêndio em sistemas fotovoltaicos [3 e 5]. Em um sistema string convencional, há apenas uma conexão entre dois módulos fotovoltaicos, como mostrado na figura acima.

Quando utilizamos sistemas MLPE (otimizadores de potência ou inversores), o número de conexões aumenta drasticamente, uma vez que é colocado um dispositivo adicional entre os módulos, aumentando o risco de arco elétrico nesta instalação.

Além das conexões adicionais, é preciso garantir que as conexões entre módulos e otimizadores eletrônicos sejam do mesmo modelo e fabricante, do contrário resulta-se em uma conexão cruzada, que deve resultar em um risco muito maior para a instalação.

Com a, cada vez maior, entrada de novos produtos e fabricantes no mercado, esta preocupação deverá ser ainda maior, pois não há um padrão de conector definido para este uso. E fica a responsabilidade do instalador, que já está preocupado com diversas outras funções, checar a compatibilidade entre estas conexões.

Por exemplo, em um sistema de telhado de 60 kW, utilizando módulos de 300 Wp, quando utilizado um sistema com inversor do tipo string, o número aproximado de conexões elétricas é 200. Para um sistema utilizando eletrônica a nível de módulo, este número sobe para aproximadamente 600 conexões, resultando em um sistema mais complexo, mais caro de se instalar e mais suscetível a falhas e incêndios.

Tabela: Quantidade de dispositivos e conexões em um sistema string versus MLPE
Inversor String MLPE
Dispositivos eletrônicos instalados no telhado 0 200
Número aproximado de conexões em corrente contínua 200 600
Número estimado de componentes eletrônicos no sistema ≈ 2.000 ≈ 60.000

Outro dado a se levar em conta é que à medida que as instalações fotovoltaicas ficam mais antigas, maior o risco de falha dos seus equipamentos, e maior o risco de incêndio [7 e 11].

Por outro lado, uma instalação enxuta e com poucos componentes sofrerá menos este efeito do que uma instalação com eletrônica de potência a nível de módulo, como otimizadores, por exemplo.

Menor confiabilidade, durante a vida útil do sistema, significa maiores chances de o instalador ter que realizar visitas ao local. No caso de instalações utilizando otimizadores, no caso de falha, maiores serviços subindo em telhado, que podem resultar em acidentes.

Gráfico de taxa de sobrevivência em função de anos para sistemas instalados antes de 2010 (7)

Gráfico de taxa de sobrevivência em função de anos para sistemas instalados antes de 2010 (7)

Segurança para o profissional de combate ao incêndio

Com o intuito de proteger o profissional do corpo de bombeiros ao realizar o combate a um eventual incêndio, é proposta a instalação de eletrônica de potência a nível de módulo, com dispositivos que prometem desligar os arranjos fotovoltaicos para que o profissional possa acessar o telhado sem o risco de receber um choque do arranjo fotovoltaico [6, 8 e 9].

Nos EUA esse tipo de sistema é obrigatório, embora o número de ocorrências onde profissionais do corpo de bombeiros receberam choques dos sistemas fotovoltaicos seja extremamente baixo [10]. Estes equipamentos eletrônicos atuam por protocolo de comunicação entre si. Após o acionamento remoto, reduzem a tensão do arranjo para até 80 V [12].

Mas em caso de um incêndio, mesmo após acionado o sistema de desligamento rápido, não é recomendado o contato com nenhuma superfície que possa estar energizada [6 e 8], como os próprios módulos fotovoltaicos e a estrutura que realiza contato com eles, uma vez que pode ocorrer a má atuação desses equipamentos, devido a danos provocados pelo próprio incêndio ou falhas de atuação, uma vez que estes equipamentos podem estar há décadas expostos a chuvas e altas temperaturas.

Estes equipamentos podem evitar o choque elétrico, mas não garantem a total proteção do profissional durante o combate ao incêndio, podendo criar uma falsa sensação de segurança ao profissional.

Com o rápido avanço da tecnologia que resulta no aumento da tensão de circuito aberto Voc dos módulos durante os anos, estes equipamentos vão perdendo sua eficácia em interromper o arco-elétrico. Com o aumento das conexões e grande possibilidade de causar conexões cruzadas, estes equipamentos podem contribuir para o aumento do número de incidências de incêndios.

Segurança do seu investimento

A SMA é uma empresa que possui 40 anos de atuação no mercado, sendo a maior parte desses anos no desenvolvimento de equipamentos seguros para os sistemas fotovoltaicos, com mais de 100 GW de inversores instalados mundialmente, e mais de 25 milhões de sistemas vendidos, o equivalente a 100 usinas nucleares. O investimento em pesquisa e desenvolvimento e segurança é a raiz com a qual a SMA se firmou no mercado global.

Ao se fazer a aquisição de um sistema fotovoltaico, a segurança financeira deste patrimônio também é, após a segurança das vidas que ali ocupam, uma das prioridades a serem avaliadas. Por isso a SMA fornece até 10 anos de garantia de fábrica e até 20 anos de cobertura da garantia através de uma extensão de garantia.

Inversor da SMA passando por um rígido teste de qualidade

A SMA está há 40 anos mostrando o seu comprometimento com o mercado global ao realizar os atendimentos de garantia com o mesmo padrão de excelência em todo o mundo. Ao instalar um sistema com componentes SMA, seguramente você terá a maior vida útil de um equipamento testado em laboratórios estado-da-arte, cobertos pela garantia SMA. Isso proporciona maior segurança para o instalador e para o cliente final.

Conclusão

Os sistemas fotovoltaicos instalados nos telhados são de extrema importância para garantir o fornecimento distribuído da energia elétrica a partir de uma fonte renovável e confiável na transição energética global. Ao longo das últimas décadas, os sistemas fotovoltaicos provaram ser seguros.

De modo a garantir a maior segurança dos sistemas e dos ocupantes das casas e comércios que receberão os sistemas pelo maior tempo possível, um projeto correto, uma instalação à prova de falhas e a seleção de equipamentos de qualidade são itens essenciais.

Para prevenir os riscos de incêndio, sistemas mais simples provaram ser mais eficazes. Uma menor complexidade significa maior segurança para os ocupantes e para os profissionais que realizarão um atendimento em uma eventual ocorrência no local da instalação.

A SMA tem se comprometido com a segurança, trazendo sistemas mais enxutos, que reduzem as chances de acidentes para os instaladores. Com menos dispositivos para se instalar e reparar, reduzindo os riscos de acidentes como incêndios e quedas.

Como visto no desenvolvimento deste artigo, a redução do número de conexões e conexões cruzadas, um dos maiores riscos de incêndios, utilizando menos conectores é uma das preocupações da SMA, fornecendo conectores que são exclusivamente compatíveis e que não necessitam de ferramenta especial, evitando erros de montagem.

Conectores SUNCLIX da SMA

Nos casos de falha, dispositivos de segurança, como a detecção e interrupção de arcos voltaicos irão atuar e impedir que esta falha evolua para um incêndio, preservando assim a vida e o investimento do cliente. A SMA é pioneira no desenvolvimento de soluções de detecção e interrupção de arco voltaico, integradas ao inversor, trazendo sistemas seguros sem a necessidade de dispositivos adicionais.

Referências

  1. Fire and Solar PV Systems – Investigations and Evidence – BRE National Solar Centre
  2. Recent Facts about Photovoltaics in Germany – Fraunhofer ISE 2017
  3. TNO, Brandincidenten met fotovoltaïsche (PV) systemen in Nederland.
  4. IEC TR 63225:2019 – Incompatibility of connectors for DC-application in photovoltaic systems
  5. Assessing Fire Risks in Photovoltaic Systems and Developing Safety Concepts for Risk Minimization – TUV Rheinland & Farunhofer ISE
  6. Photovoltaics and Firefighters’ Operations: Best Practices in Selected Countries – IEA-PVPS-TASK 12 – NREL
  7. Zuverlässigkeit von Photovoltaik-Wechselrichtern – Technik und Informatik Energie- und Mobilitätsforschung PV-Labor – Berner Fachhochschule
  8. Solar Electric Systems – Safety for Firefighters – Australian PV Association
  9. O. Lavrova, J. E. Quiroz, J. Flicker and R. Gooding, “Updated evaluation of shock hazards to firefighters working in proximity of PV systems,” 2017 IEEE 44th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC), 2017
  10. Fire Fighter Fatality Investigation and Prevention Program – The National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH)
  11. Jordan, D. C., Silverman, T. J., Wohlgemuth, J. H., Kurtz, S. R., and VanSant, K. T. (2017) Photovoltaic failure and degradation modes. Prog. Photovolt: Res. Appl., 25: 318– 326. doi: 10.1002/pip.2866.
  12. NFPA,NFPA 70:National Electrical Code 2017
Bruno Furtado

Bruno Furtado

Application Engineer & Project Manager na SMA Solar Tecnology AG. Engenheiro eletricista, profissional do campo de energias renováveis, com um perfil técnico e prático. Focado em energia solar fotovoltaica e sistemas de armazenamento de energia em baterias.

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