Se você chegou até esse post já deve entender os conceitos básicos sobre energia solar fotovoltaica. Para garantir a melhor eficiência em um sistema fotovoltaico existe uma angulação ideal entre os módulos solares e a incidência da radiação solar. Como é conhecido, o Tracker, ainda gera algumas dúvidas.

Mas se o Sol e a Terra alteram sua posição ao longo do dia, será que faz sentido ter um sistema fotovoltaico que acompanhe essas mudanças?

Neste post abordaremos as vantagens e desvantagens sobre ter um sistema solar fotovoltaico com rastreador solar, também conhecido como Tracker.

O que é um rastreador solar?

Um Tracker é um dispositivo capaz de alterar a posição dos módulos solares ao longo do dia. Em suma, ele “segue” a posição do sol para garantir uma maior eficiência do sistema fotovoltaico, aumentando a captação da radiação solar.

Estes dispositivos, com o passar dos anos e sua leve redução do custo, têm se tornado cada vez mais populares em usinas fotovoltaicas de grande porte.

Nas imagens e vídeo abaixo você vê uma usina solar fotovoltaica com este tipo de dispositivo instalado. Esta usina é localizada no Chile e o projeto e instalação foi da Tritec-Intervento, empresa acionista da Ecoa Energias Renováveis.

Quais os tipos de Tracker (rastreador solar) disponíveis no mercado?

Os tipos de Tracker variam de acordo com a complexidade da operação e conforme diferentes opções de rotação. Geralmente, com base na rotação eles podem ser de dois tipos:

1. Rotação em eixo único: a rotação é feita com base em um único eixo, que pode ser vertical, horizontal ou oblíquo.
2. Rotação em dois eixos: além de se moverem ao longo do azimute, eles também seguem o ângulo de elevação do sol, conseguindo um rastreamento mais completo.

Já com relação ao funcionamento, eles podem ser:

1. Com base em sensores: registram a iluminação através de diversos sensores previamente alocados e se movem com base nisso. Normalmente, são mais precisos.
2. Com base em data e tempo: é calculado por formulas a posição do sol e bom base nesta posição geográfica encontrada, o sistema envia comandos para que os módulos mudem de posição.
3. Com base em sensores e em data e tempo: combinação dos dois tipos anteriores.

Todavia, claro que quanto maior a complexidade do sistema de Tracker, mais custoso a solução será.

Quais são as vantagens de ter um sistema fotovoltaico com Tracker?

A principal vantagem destes dispositivos, como já mencionamos, é o ganho na eficiência do sistema. Portanto, análises teóricas apontam um ganho de até 57% em relação aos sistemas fixos.

Já na prática, o ganho fica em torno de 25% para sistemas com rotação em um eixo só e chega até 40% para sistemas de rotação nos dois eixos.
Assim, é importante destacar que esse ganho na eficiência varia não só com o modelo de Tracker utilizado. Existem, portanto, diversos fatores a serem considerados, como a localização geográfica do próprio sistema. No gráfico abaixo, por exemplo, vemos a diferença no ganho de energia produzida entre sistemas fixos ou com rotação. Em contrapartida, a área cinza corresponde a energia produzida por sistemas fixos, já a área verde corresponde ao ganho de energia de um sistema com rotação nos dois eixos.

Quando analisamos a curva verde da imagem acima, percebemos que além da produção de energia aumentar, existe uma melhora na potência entregue ao longo do dia. Já nas primeiras horas do dia conseguimos perceber que o sistema fica próximo a potência máxima e se mantém ao longo do dia. Do contrário, a curva cinza apresenta o pico de potência apenas nas horas próximas ao meio dia.

Quais são as desvantagens de ter um sistema fotovoltaico com Tracker?

A principal desvantagem de um sistema com Tracker ainda é o custo. Por isso, fizemos uma comparação financeira de um sistema com potência instalada aproximada de 1 MWp considerando estrutura fixa e estrutura móvel. Nesta comparação tivemos um aumento de custo no sistema com Tracker entre 20% a 40% em relação a estrutura fixa. A variação depende do modelo e fabricante do sistema móvel. 

Outro fator que pode ser uma desvantagem é a área necessária para instalação no terreno. De acordo com os fabricantes de Tracker, sistemas fotovoltaicos móveis, tem uma taxa de ocupação do terreno de 30% a 50% aproximadamente.

Trazendo uma outra perspectiva, na nossa experiência em dimensionamento, um sistema de 1 MWp por exemplo, seria necessário um terreno com área aproximada de 1,8 ha a 2 ha para um sistema fotovoltaico móvel. No entanto, para um sistema fixo, considerando também 1 MWp, essa relação cai de 1 para 1. 

Outro ponto importante é com relação a manutenção e operação. Apesar de que com o avanço da tecnologia os sistemas móveis têm se tornado cada vez mais confiáveis, sempre será necessária uma manutenção e cuidado especial a mais para sistemas móveis com relação aos fixos. Ainda assim, sistemas fixos são mais resistentes a intempéries.  

Por fim, lembramos que os cuidados durante a instalação de um sistema móvel são maiores. Há uma maior quantidade de cabeamento, por exemplo.

Garantias do sistema de Tracker (rastreador solar)

Em geral, de acordo com os fabricantes, a garantia da estrutura do Tracker é em torno de 10 anos. Com relação a proteção galvânica a garantia fica em torno de 25 anos. Sistemas de automação e acionamento normalmente possuem garantia de 5 anos. Lembrando que existem variações de acordo com cada fabricante.

A garantia também deve ser consultada e confirmada com o fornecedor em questão conforme cada projeto orçado. Podem existir questões particulares que podem alterar a garantia dos equipamentos.

Meu sistema fotovoltaico precisa de Tracker? Qual modelo?

Para começar, dificilmente é viável um sistema fotovoltaico de baixa potência instalada utilizar Tracker. A relação custo benefício geralmente não vale a pena. Por isso, se você pensa em gerar energia para sua residência, por exemplo, vale a pena investir em um sistema fixo.

Da mesma forma, se você pretende instalar seu sistema diretamente em um telhado, provavelmente não será viável um sistema móvel. Já que, a estrutura fixa para sistemas em telhados possui um custo baixo em relação aos sistemas de solo. Então, geralmente o ganho da eficiência do Tracker neste caso não compensa o custo e complicações da estrutura que seria necessária adaptar.

Nesse sentido, outro ponto de atenção é que é mais fácil viabilizar um sistema de Tracker quando o terreno disponível é de grande dimensão com relação a área que o sistema dimensionando irá ocupar. Lembre-se que a taxa de ocupação do terreno de um sistema móvel é maior do que a de um fixo.

Por isso, os sistemas móveis comumente são utilizados em usinas de solo de grande porte e em terrenos com boa área disponível.

Com relação ao modelo de Tracker, quanto mais complexo e preciso, mais custoso é o equipamento. Assim, quanto mais perto da linha do Equador for a posição geográfica do sistema fotovoltaico a ser instalado, menos complexo possivelmente será o Tracker. Isso, porque a angulação dos raios solares nestes locais possuem menor variação, e alto índice de radiação solar. Então, usinas de solo nestes locais, podem ser atendidas com Tracker de rotação de um eixo só, que já terão resultados satisfatórios. 

Por fim, lembramos que o sistema móvel não é viável em locais onde é comum a presença de neve em partes do ano. Ou então, em locais suscetíveis a fortes intempéries.

Conclusão

É importante destacar que todas as informações aqui expostas são análises generalistas. Dessa maneira, todo sistema fotovoltaico de qualquer porte deve ser dimensionado por um especialista. Um profissional habilitado e experiente poderá verificar e concluir com maior precisão as vantagens e desvantagens de utilizar um sistema de Tracker no caso do seu projeto fotovoltaico.

Contudo, ainda existem diversas questões a serem analisadas aqui não levantadas, como: valor do kWh, políticas de incentivos governamentais, custo do terreno de implantação do sistema e entre outras. Visto que, cada projeto fotovoltaico deve ser tratado como único e inúmeros pontos são relevantes em um dimensionamento. Se você pensa em gerar energia a partir do sol, entre em contato com nossos especialista por AQUI.

Um sistema solar fotovoltaico é composto principalmente por módulos fotovoltaicos, inversor solar fotovoltaico, estrutura de fixação dos módulos e material elétrico. O inversor é um dos equipamentos mais importantes, isoladamente é a peça mais cara do sistema e funciona como se fosse o cérebro do sistema fotovoltaico.

O que é um inversor solar fotovoltaico?

Os módulos fotovoltaicos recebem radiação solar e geram uma corrente contínua de energia elétrica. Portanto, o inversor solar fotovoltaico é o equipamento responsável por transformar essa corrente contínua em alternada, possibilitando seu uso na rede elétrica. Também é o inversor que limita a potência de saída do sistema.

Onde o inversor solar fotovoltaico é instalado?

Cada projeto possui seus diferencias, então cabe ao projetista definir o melhor lugar para colocar o inversor fotovoltaico. O equipamento deve ficar entre os módulos fotovoltaicos e quadro geral elétrico do estabelecimento. Questões como distâncias entre os equipamentos devem ser analisadas, para otimizar o máximo possível também os gastos com cabeamento elétrico, por exemplo.

Os inversores de melhor qualidade no mercado possuem nível de proteção IP65, o que quer dizer que o equipamento é à prova de poeira e protegido contra jatos de água. Mas, mesmo assim, é indicado sua instalação em local protegido do sol e da chuva, para aumentar a vida útil do equipamento.

Em projetos maiores que exigem inversores mais robustos, pode ser necessário ter uma sala como uma central de inversores. É importante informar que pequenos inversores geram pouquíssimo ruído, já inversores maiores podem gerar um ruído maior. Então, também é aconselhável manter o equipamento distante de salas ou quartos onde o silêncio total seja necessário durante o dia.

O local de instalação também irá variar principalmente conforme modelo do inversor. Iremos abordar este tema nos próximos tópicos.

Modelos de inversor fotovoltaicos:

Conforme modelo do sistema solar fotovoltaico, os inversores se enquadram em três tipos:

1. Grid-tie ou On-grid: é um inversor para sistemas fotovoltaicos conectado à rede. Ou seja, não servem para sistemas movidos a bateira. São os mais utilizados do mercado, visto que é o modelo de sistema com maior adesão devido ao seu custo-benefício. Programados para desligarem automaticamente, em casos de queda ou instabilidade mais significativa de energia.
2. Off-grid: é um inversor desenvolvido para sistemas movidos a bateria. É o modelo de sistema fotovoltaico usado em áreas isoladas onde não chega energia elétrica da concessionária.
3. Híbridos: são equipamentos que funcionam para sistemas off-grid em simultaneidade com on-grid. Ou seja, ele possui tanto conexão a um banco de baterias, quanto à rede elétrica. O modelo é interessante, mas infelizmente ainda possui um custo muito elevado de aquisição em relação as outras soluções, bem como sua homologação pelas concessionárias de energia são mais restritas.

A ECOA não oferece soluções para inversores off-grid ou híbridos, sendo nosso foco de atuação somente os inversores on-grid.

Inversor solar fotovoltaico grid-tie

Como este tipo de inversor fotovoltaico é o mais utilizado em todo o mundo, e também é o modelo comercializado pela Ecoa Energias Renováveis, vamos abordar os modelos de inversores existentes que são do tipo grid-tie, conectados à rede.

1. Inversor solar string: é o modelo de inversor mais usado em residências, comércios e indústrias. Representa cerca de 50% de toda a comercialização de inversores do mundo. Conforme tamanho da instalação pode haver mais de um inversor string. O termo string se refere a fileiras de módulos fotovoltaicos. Cada uma das fileiras é, comumente, chamada de string.
2. Micro-inversor solar: é um modelo dimensionado para atender módulos fotovoltaicos de forma individual. Então, diferente do inversor string, cada módulo possui um inversor, ou ele pode atender diversos módulos, porém todos com entradas individuais e não em fileiras como o de string.
3. Inversor solar central: são basicamente inversores string de alta potência. Não existe uma definição que fala a partir de qual tamanho um inversor string é considerado um inversor central. Mas basicamente é um termo mais utilizado para grandes usinas solares, com inversores a partir de 1 MW.

Principais diferenças entre o inversor string e o micro-inversor

Conforme comentamos, em sistemas com inversor string, os painéis fotovoltaicos são ligados em série, sendo depois ligados através de cabos de corrente contínua ao inversor string. Já nos micro-inversores os módulos possuem saídas individualizadas.

Outra diferença importante é que os micro-inversores são instalados junto aos módulos fotovoltaicos, que ficam geralmente no telhado. Enquanto o inversor string é instalado em parede.

Para exemplificar o que falamos, seguem imagens abaixo.

Não existe entre estes dois modelos um que seja melhor e outro pior. Isso irá depender das características de cada projeto e o quanto você está disposto a investir. Ambos possuem a mesma função no sistema. Mas, quais são as vantagens e desvantagens de cada um deles?

Micro-inversor

• Vantagens: permite analisar a geração de energia dos módulos de forma isolada. A produção de energia também é por módulo e não por string. Então, em caso de apenas um módulo estar com sombra, somente este módulo terá sua geração prejudicada.

• Desvantagens: mais caros que os inversores string quando comparados a mesma potência de sistema. Geralmente, são instalados em telhados, junto aos módulos, e se acaso for necessário manutenção o acesso pode ser mais dificultoso. Desse modo, por serem mais novos no mercado, não possuem muitas marcas disponíveis com aprovação do Inmetro no Brasil.

Inversor string

• Vantagens: sua instalação é feita em local de fácil acesso. São mais baratos em comparação a mesma potência de sistema do que micro-inversores. Possuem modelos e marcas mais diversificados no mercado, sendo os mais utilizados.

• Desvantagens: não é possível analisar a geração de energia por módulo, apenas por string (fileiras de módulos). Se um módulo sofre incidência de sombra, os módulos ligados na string também são prejudicados.

O que considerar na hora de escolher um inversor fotovoltaico?

Comentamos que o melhor inversor varia de acordo com certas especificidades de projeto. No geral micro-inversores podem ser uma boa opção em telhados com muito sombreamento, ou com diferentes angulações e ainda em sistemas menores de 1,5 kWp. Então suas características o tornam mais viáveis e populares em residências de baixo consumo. Em grandes projetos onde dispomos de boa área para trabalhar a disposição de módulos e livre de sombras, a escolha geralmente mais viável são inversores string.

O melhor é ter profissionais capacitados para avaliar o seu projeto em específico. Não temos como generalizar essa escolha. Como já falamos em outros posts, não existe receita de bolo na hora de dimensionar e escolher os equipamentos para seu projeto.

Em suma, o importante é garantir que você está escolhendo uma marca e parceiros com eficiência comprovada e com grande confiabilidade.

Fabricantes de inversores solares fotovoltaicos

Algumas marcas aparecem como referência no mercado mundial. Já que temos algumas variações da escolha da marca quanto ao tamanho do sistema e também a localização. Assim, algumas marcas são mais populares em alguns países, enquanto perdem mercado em outros. No entanto, existem marcas mais focadas em grandes usinas, e outras com foco mais em inversores de menor potência.

Mas os grandes nomes de fabricantes como ABB/FIMER, Fronius, SMA e Sungrow já possuem solidez no mercado e geralmente aparecem entre as cinco marcas mais utilizadas no mundo todo.

A Ecoa Energias Renováveis comercializa inversores fotovoltaicos string da marca ABB/FIMER. A empresa europeia FIMER está no mercado de inversores desde 1983. Ela adquiriu a divisão de inversores da ABB em 2019. Assim, em agosto deste ano, a conclusão da venda desta divisão foi oficialmente finalizada e a FIMER se tornou com isso a quarta maior fabricante de inversores solares do mundo.

O foco da FIMER é investir cada vez mais em novas tecnologias, dessa forma, trazendo inovação ao mercado. Para conhecer mais sobre a fusão entre ABB e FIMER acesse nosso post sobre o assunto clicando AQUI.

Para saber mais sobre energia solar fotovoltaica fale com nossos especialistas por AQUI.

Ao conversar com fornecedores de sistemas solares fotovoltaicos você irá se deparar com uma série de nomenclaturas, modelos e marcas de painéis solares fotovoltaicos. Uma das principais diferenças entre os modelos e o tipo de tecnologia das células fotovoltaicas, sendo elas a tecnologia cristalina e as de filmes finos. As células são os componentes responsáveis por captar a radiação e transformá-la em energia, por isso são um dos principais componentes do painel solar fotovoltaico.

Tipos de tecnologias das células: cristalina e filmes finos

Em resumo, existem duas tecnologias principais que dominam o mercado mundial de células fotovoltaicas: a tecnologia cristalina e a dos filmes finos.

A principal diferença entre elas é o material que as compõem, pois células cristalinas possuem como matéria prima o silício (Si) e dominam o mercado com a aproximadamente 80% da produção mundial.

Desse modo, as células de filme fino são formadas por materiais como: silício amorfo (a-Si); silício microcristalino; telureto de cádmio (CdTe); cobre, índio e gálio seleneto (CIS / CIGS), células solares fotovoltaicas orgânicas (OPV), entre outros.

A tecnologia dos filmes finos possui vantagens, inegavelmente relevantes como, a possibilidade de ser flexível, ser esteticamente mais bonita (aparência homogênea), e a temperatura e sombreamento ter menos influência sobre ela.

Apesar disso, ela acaba perdendo mercado para a tecnologia cristalina principalmente por terem menos eficiência e por isso exigirem maior espaço para instalação de um sistema de mesma capacidade de geração de energia.

Embora os módulos feitos de filme fino quando comparados de forma isolada poderem ser até mais baratos que os cristalinos, a necessidade de mais espaço, gera necessidade de mais estrutura de fixação, cabeamento e entre outros, tornando o projeto completo mais custoso que a tecnologia cristalina. Além disso, a garantia de fabricação dos módulos de filme fino é menor em comparação aos módulos cristalinos.

Tecnologia Cristalina de módulos fotovoltaicos

Vamos focar neste post na tecnologia que domina o mercado. A tecnologia cristalina pode ser separada em monocristalina e policristalina.

Veremos a diferença, vantagens e desvantagens entre os dois grupos de cristalinas.

Diferença entre célula monocristalina e policristalina

Ambas possuem a matéria prima o silício (Si), no entanto, a principal diferença é o método de fabricação e manipulação do silício.

Os módulos policristalinos são feitos a partir de vários pequenos cristais de silício. Assim estes vários cristais são fundidos e dão origem a grandes blocos, e a partir destes blocos são produzidas as células fotovoltaicas. Já os módulos monocristalinos são formados por um bloco único cristalino, mais puro.

De fato, os módulos policristalinos são formados por vários pequenos cristais, as fronteiras presentes entre estes cristais dificultam a passagem de corrente elétrica. Por isso, módulos monocristalinos são mais eficientes quando analisamos potência por área, pois possuem maior espaço para os elétrons se mexerem e então gerarem energia.

De aparência física, os módulos monocristalinos se diferem por terem uma cor homogênea e cantos tipicamente arredondados. Por isso, para muitos, são considerados esteticamente mais agradáveis. Em contrapartida, os policristalinos são geralmente azulados e não tão homogêneos.

Painel solar fotovoltaico monocristalino

Apesar do silício policristalino historicamente ter uma maior participação no mercado, ao passo que o silício monocristalino é uma tecnologia até mais antiga.

Desde 2018 o monocristalino vem ganhando espaço. De fato, com essas novas tecnologias, é possível produzir módulos cada vez mais eficientes. Por conseguinte, conseguindo alcançar um preço competitivo no mercado. Desse modo, os fabricantes preveem que o mono domine o mercado cada vez mais nos próximos anos.

Vantagens dos módulos monocristalinos

1. Possuem maior eficiência quando comparados a outras tecnologias comercialmente viáveis.
2. Necessitam menos espaço para gerar a mesma quantidade de energia.
3. Garantia da maioria dos fabricantes é de 25 anos.
4. Em condições de pouca luz, ou incidência de sombras, se comportam melhor do que os policristalinos.

Desvantagens dos módulos monocristalinos

1. Módulos monocristalinos são mais caros quando comparados com os policristalinos e com alguns de filme fino.
2. Geram um maior recorte de silício do bloco ao produzir as células, que é descartado. Então, existe uma sobra maior de material que precisa ser reciclado.

Painel solar fovotoltaico policristalino

O silício policristalino também é conhecido tecnicamente, apesar de menos usual, por multicristalino. Devido a sua simplicidade de fabricação, e consequentemente menor custo, historicamente o silício policristalino dominou o mercado.

Ele vem perdendo um pouco de espaço nos últimos anos, mas ainda assim é uma das tecnologias mais utilizadas devido ao seu custo-benefício. 

Vantagens dos módulos policristalinos

1. Tendem a possuir um custo mais barato em comparação aos módulos monocristalinos.
2. Comercialmente mais viáveis devido à forte presença no mercado e preço competitivo. Apesar de estar mudando, veremos mais a frente no futuro.
3. Garantia da maioria dos fabricantes é de 25 anos.
4. Geram menos resíduos proveniente do corte do silício.

Desvantagens dos módulos policristalinos

1. São menos eficientes do que os monocristalinos, principalmente quando analisamos geração por área de módulo.
2. Necessitam maior espaço para gerar a mesma quantidade de energia em comparação ao monocristalino.

Módulos policristalinos irão “sumir” do mercado?

Como comentamos, historicamente os módulos policristalinos dominaram o mercado fotovoltaico, por pelo menos uma década. No entanto, a partir de 2018 a produção de monocristalinos aumentou substancialmente e o poli começou a perder a preferência.

Anteriormente, os módulos monocristalinos eram utilizados apenas para quem buscava maior eficiência e não se preocupava tanto com o preço.  Conforme o avanço da tecnologia e a consequente melhora no custo benefício, em 2019 eles passaram à frente em volume de fabricação frente aos módulos policristalinos.

Seja como for, a tendência que vemos é que módulos policristalinos seguirão em queda. O gráfico abaixo representa o percentual de cada tecnologia em volume de módulos chineses exportados em 2020. O que antes era uma dominância de módulos policristalinos, agora se inverte.

Ultimamente, a exportação de monocristalino fabricados na China representou cerca de 80%, frente outras tecnologias. Lembrando que a China representa cerca de 90% da produção mundial de módulos fotovoltaicos, isto é domina o setor.

Alguns fabricantes de módulos também já anunciarem que abandonarão a fabricação de módulos policristalinos. Então, com base nos dados e nas mudanças do mercado, ainda existe sim, uma tendência forte de que os módulos policristalinos representaram cada vez mais uma parcela insignificante do mercado.

Painel solar fotovoltaico com silício cast-mono

Outra tecnologia que começou a apresentar ótimos resultados é o silício cast-mono, tanto em eficiência quanto em custo. Bem mais nova que as tecnologias abordadas anteriormente, a técnica foi patenteada em 2008.

Essa técnica tinha o objetivo de tentar criar um módulo que possuísse uma fabricação mais barata que o mono, entretanto com eficiência parecida. A ideia era ter um módulo que ficasse entre um poli e um mono.

Então, basicamente um módulo cast-mono, também conhecido como quase-monocristalino, possui partes do módulo formado por cristais monocristalinos e partes por cristais policristalinos.

Toda tecnologia precisa de maturação para tomar formar e assim, conseguir ser comercialmente viável. Assim, o cast-modo entrou realmente no mercado recentemente, e um dos fabricantes que tomou frente a tecnologia foi a grande Canadian Solar.

No fim do ano passado, a Canadian Solar bateu recorde de eficiência e anunciou que alcançou 22,8% de eficiência em células, que chamou de tecnologia P5. Essas células são produzidas com o sílicio cast-mono.

O silício cast-mono, por exemplo, mostra como o mercado está em constante mudança. Novas tecnologias surgem a todo o momento e precisamos sempre estar atentos.

Módulo policristalino e monocristalino: qual escolher?

Ficou claro que o silício policristalino está perdendo lugar no mercado e dando mais espaço para a tecnologia monocristalina. Vemos como algo bastante positivo, pois estamos falando de maior eficiência e um custo viável para o mercado.

Vemos como novas tecnologias surgem a todo momento, então é importante estar sempre atendo as mudanças e novidades no mercado. Neste post focamos nas diferenças entre o mono e o poli, mas como comentamos existem também outras tecnologias.

Escolher qual tecnologia usar na sua usina solar fotovoltaica é pessoal para cada consumidor. Contudo, o importante é ter profissionais capacitados que poderão te ajudar a conseguir o melhor custo benefício para seu projeto.

Cada projeto possui particularidades que devem ser avaliadas por um profissional. A Ecoa Energias Renováveis trabalha tanto com módulos policristalinos, quanto monocristalinos, entre em contato clicando AQUI que ajudamos você a escolher a melhor opção.

O Brasil é o país com maior incidência de descargas atmosféricas (raios) do mundo. De acordo com os dados do Grupo de Eletricidade Atmosférica (ELAT), do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), 78 milhões de raios caem todos os anos no Brasil.

Apesar disso, a chance de uma pessoa morrer atingida por um raio no Brasil ao longo de sua vida é de um em 25.000. Além do risco de vida, que é a maior preocupação, existe a possibilidade de danos materiais ocasionados por descargas atmosféricas, que são mais comumente relatados por empresas e pessoas.

Diante deste cenário, é normal que pessoas se preocupem com a proteção contra raios no seu sistema solar fotovoltaico. Afinal, geralmente os módulos fotovoltaicos são instalados em telhados ou em solo, em terrenos descampados.

Então, como proteger um sistema solar fotovoltaico contra descargas atmosféricas?

Se meu sistema solar fotovoltaico for atingido por um raio o que acontece?

A garantia de performance dos fabricantes da maioria dos módulos fotovoltaicos é entre 25 a 30 anos. Caso um raio atinja os módulos fotovoltaicos eles podem ter sua performance reduzida ou até mesmo sofrer danos irreparáveis.

Por isso existem as medidas de proteção contra descargas atmosféricas e outros surtos elétricos que veremos a seguir.

Normas aplicáveis a sistema fotovoltaicos sobre equipamento de proteção de descargas atmosféricas (raios)

Tratando-se de normas brasileiras, não existe ainda uma norma técnica aplicável exclusivamente a sistemas solares fotovoltaicos. Existe a norma “ABNT NBR 5419:2015 Proteção contra descargas atmosféricas” que trata sobre o item de forma geral para qualquer tipo de edificação e também a norma “ABNT NBR 16785:20197 Proteção contra descargas atmosféricas – Sistemas de alerta de tempestades elétricas”.

Lembramos também que a instalação de sistemas fotovoltaicos deve obedecer a norma “ABNT NBR 5410, Instalações elétricas de baixa tensão”.

Com base na NBR 5419, a avaliação das medidas protetivas necessárias, parte da avaliação do risco, enquadrados pela norma em quatro modelos.

• R1: risco de perda de vida humana
• R2: risco de perda de serviço ao público
• R3: risco de perda de patrimônio cultural
• R4: risco de perda de valores econômicos

Para cada um desses riscos devem ser calculados índices. Diversos parâmetros são considerados para obter estes índices, como localização, estruturas já existentes e entre outros. Com base nos valores obtidos, a norma estipula quais medidas preventivas são necessárias para tornar os riscos menores do que o risco tolerável.  

Estes riscos e a determinação das medidas preventivas necessárias devem ser estipulados por um projetista capacitado. Ele tem condições de analisar a norma, avaliar a incidências de descargas atmosféricas na região e dimensionar o sistema de proteção mais adequado.

Além desta norma, existem normas de referência internacional que podem ser analisadas, conforme complexidade da usina fotovoltaica a ser instalada.

Tipos de descargas atmosféricas que devem ser avaliadas

Quando os riscos do item anterior são analisados, eles devem levar em consideração ao menos  5 possíveis cenários de descargas atmosféricas, são eles:

• Descarga direta na estrutura;
• Descargas próximas à instalação;
• Descargas diretas a uma linha conectada a estrutura;
• Descargas próximas a uma linha conectada a estrutura; e
• Descargas atmosféricas em outra estrutura na qual a linha da primeira está conectada.

Também todo o entorno do sistema fotovoltaico deve ser analisado e não somente o sistema em si. Desde estruturas já existentes até o próprio meio ambiente. O sistema está em zonas descampadas? Próximos a grandes colinas? Quando tratamos de grandes sistemas fotovoltaicos, deve-se inclusive separar o sistema por zonas, para assim analisar os riscos para cada situação especificamente.

Densidade das descargas atmosféricas

Outro fator muito importante é a densidade da descarga atmosférica na região onde o sistema será instalado. O anexo F da parte 2 da NBR 5491 possui um mapa onde é possível ver estes índices. Abaixo vemos um mapa semelhante ao da norma. Percebemos que cada região possui características diferentes em relação as descargas atmosféricas.

Quais são os sistemas de proteção mais comum aplicados?

Ao dimensionar um Sistema de Proteção de Descargas Atmosféricas (SPDA) e outros equipamentos de proteção contra surtos, alguns elementos de proteção devem ser considerados. Abaixo veremos os principais.

1. Sistema de aterramento

O aterramento é basicamente um sistema que funciona transmitindo qualquer carga “extra” do sistema para o solo (terra). A ideia é que toda a edificação e estrutura forme uma malha de aterramento, unindo todos os pontos que podem sofrer com descargas elétricas até a terra.

2. Dispositivo de Proteção contra Surtos (DPS)

O DPS também é um dispositivo que protege o sistema e seus equipamentos contra sobrecargas, sejam elas descargas atmosféricas, chaveamentos na rede elétrica (que pode ser um liga e desliga da concessionária, por exemplo) ou liga e desliga de motores elétricos.

A função do DPS é desviar o surto (sobrecargas) para a terra e deixar passar apenas a tensão que os equipamentos instalados são capazes de suportar. Ele fecha um curto circuito entre fase e terra desviando a corrente para o sistema de aterramento.

No sistema fotovoltaico deve-se ter pelo menos um DPS entre os módulos fotovoltaico e o inversor, e pelo menos um DPS entre o inversor e a rede elétrica. Dessa forma você protege tanto descargas provenientes da corrente contínua (que vem dos módulos), quanto da corrente alternada (que sai do inversor, e também vem da rede elétrica). Veja o esquema abaixo para entender.

Alguns inversores podem vir com o DPS do fotovoltaico (DPS FV) integrado. É o caso de inversores de potência acima de 10 kWp da marca ABB, que a Ecoa Energias Renováveis comercializa. Neste caso o inversor já possui proteção interna que faz a função do DPS FV.

Em alguns sistemas fotovoltaicos o DPS FV também pode vir acoplado a String Box (equipamento que recebe todo o arranjo, cabeamento, dos módulos fotovoltaicos).

Em grandes usinas solares fotovoltaicas o equipamento que recebe o arranjo dos módulos é chamado de String Combiner, ele também pode vir com DPS do fotovoltaico já integrado.

No esquema, também mostramos o DPS do quadro medidor, que é obrigatório por norma independente do estabelecimento possuir ou não fotovoltaico.

Existem diversos modelos e classes de DPS que são comercializados, apenas um profissional habilitado poderá dimensionar a proteção mais adequada para seu sistema fotovoltaico.

3. Para-raios:

Assim como os outros equipamentos de proteção, a função do para-raios é direcionar o excesso de descargas elétrica até o solo através da malha de aterramento. A diferença é que ele funciona de forma a atrair diretamente para si as cargas elétricas que cairiam sobre os equipamentos ou a edificação, evitando o impacto direto.

Um ponto relevante é tomar muito cuidado com o posicionamento destes equipamentos, para gerarem o mínimo de sombra possível nos módulos fotovoltaicos.

Vale ressaltar que o uso de para-raios é mais comum em usinas de grande porte situadas em regiões onde a densidade de descargas elétricas é muito alta.

3. Outros dispositivos

Ainda podem existir outros dispositivos para ajudar a mitigar riscos e danos ocasionados por descargas elétricas. Se a planta fotovoltaica possui uma operação em larga escala, onde manutenções preventivas são mais comuns, pode ser necessário instalar sistemas de detecção e alertas de raios. Estes se enquadram na norma “NBR 16785:2019 Proteção contra descargas atmosféricas – Sistemas de alerta de tempestades elétricas”.

O objetivo destes sistemas de aviso é principalmente preservar a vida humana. Geralmente as grandes usinas fotovoltaicas são em locais abertos e pode ser necessário deslocar funcionários e outras pessoas que estejam na área para áreas abrigadas durante uma tempestade.

Diferenças mais comuns entre grandes usinas fotovoltaicas e projetos residenciais

O quanto uma usina gera de energia solar fotovoltaica está diretamente ligado, entre outros fatores, a área de captação da radiação solar, ou seja, a área dos módulos fotovoltaicos. Quanto maior a área da usina, de forma generalista, mais suscetível a descargas atmosféricas a usina estará.

Quando falamos de sistemas residenciais geralmente a instalação do sistema fotovoltaico acontece em estruturas já previamente existentes. Nestes casos um profissional habilitado deve analisar a proteção contra descargas atmosféricas já existente na edificação e projetar medidas adicionais que funcionaram em conjunto após o sistema instalado.

No geral, a malha de aterramento de sistemas fotovoltaicos para residências é conectada diretamente na malha de aterramento já existente. Lembrando que um profissional habilitado deve validar se a malha existente tem condições de receber essa conexão. Além disso, é necessário o uso de DPS antes e depois do inversor fotovoltaico, conforme descrevemos no item 2. Já o uso de para-raios em sistemas fotovoltaicos residências é extremamente raro, já que a possibilidade de o sistema receber uma descarga direta é muito baixa.

Em se tratando de grandes usinas os cuidados devem ser redobrados. Geralmente são localizadas em terrenos descampados, muitas vezes em áreas agrícolas que podem possuir maior incidência de descargas atmosféricas. Nestes casos a usina terá sua própria malha de aterramento e pode ser necessário uso de para-raios, e, também de sistemas de alerta e avisos de tempestades.

Independente do tamanho da usina fotovoltaica uma boa prática é utilizar a própria estrutura metálica da usina para levar hastes de aterramento até o solo, ajudando a dissipar sobrecargas elétricas.

Análise de custo dos sistemas de proteção versus possíveis danos ao sistema

Em todo o projeto de sistema de proteção contra descargas atmosféricas é necessário avaliar a relação entre o custo da proteção em relação as possíveis perdas com ou sem as medidas protetivas.

Por isso, não é comum vermos para-raios em sistemas residências, por exemplo. A probabilidade de um raio cair em um sistema residencial é tão pequena que não vale o investimento neste tipo de sistema protetivo. O que temos que garantir sempre é eliminar o risco de perda de vida humana.

Já para usinas maiores, como o custo de todo o projeto em si já é mais elevado, pode fazer sentido a instalação até mesmo de medidas preventivas adicionais as estipuladas por norma.

Conclusão e o que exigir de empresas que instalam sistemas fotovoltaicos

Alguns itens relevantes não foram tratados especificamente neste texto. Como por exemplo, tipo de cabeamento, infraestrutura elétrica, marca e modelo de equipamentos utilizados na instalação do sistema fotovoltaico de forma geral.

Para mitigar ao máximo os riscos de danos por descargas elétricas, além de dimensionar um correto sistema preventivo, todos os itens do sistema fotovoltaico devem ser de boa qualidade, com certificados que comprovem sua eficiência e segurança. Uma boa instalação dos componentes também é de extrema importância. De nada adianta ter sistemas de proteção, se existirem cabos mal conectados, por exemplo.

Além disso, como já comentamos, todo o entorno do sistema e estruturas pré-existentes no local e em suas proximidades devem ser considerados. A localização do sistema também é um item de extrema importância, cada região do país possui densidades diferentes de descargas atmosféricas e de forma especifica o local pode ter algo que “atraia” maior quantidade de raios, como ser próximo a grandes colinas ou em áreas descampadas.

Como cada projeto é único e específico é necessário ter ao lado, profissionais habilitados e experientes. Antes de fechar negócio questione a empresa com relação ao corpo técnico, se existem engenheiros eletricistas e outros profissionais capacitados. Exija o registro do profissional no CONFEA/CREA.

Pergunte sobre as medidas preventivas dos equipamentos e do sistema fotovoltaico. Exija certificados dos equipamentos e também um documento que comprove que a instalação foi checada e está conforme especificada em projeto.

Um bom projetista, vai além de respeitar normas técnicas, ele deve ter o discernimento de avaliar todas as possibilidades independente se previstas por norma ou não.

Se precisar de profissionais habilitados para desenvolver seu projeto, entre em contato com a Ecoa Energias Renováveis, clicando AQUI.