Um sistema fotovoltaico conectado a rede é composto de forma simplificada por um conjunto de módulos fotovoltaicos, cabeamento CC, string box, inversor, cabeamento CA e proteção CA.
A string box
A norma brasileira de instalações elétricas de baixa tensão – NBR 5410 – e a norma brasileira sobre sistemas fotovoltaicos – NBR 16690 – preveem que as instalações devem ter como características básicas a proteção contra choque elétrico do usuário, proteção contra efeitos térmicos e incêndios, proteção contra sobrecorrente, proteção contra sobretensão e capacidade de seccionamento. Os sistemas fotovoltaicos estão inclusos na cobertura das normas, portanto devem seguir os mesmos princípios básicos.
A string box é o componente de proteção da parte CC do sistema fotovoltaico. Ela conecta os cabos vindos dos módulos fotovoltaicos ao inversor, enquanto fornece proteção contra sobretensão e sobrecorrente e permite o seccionamento do circuito. Os elementos básicos de uma string box são:
– Invólucro – onde serão alocados os dispositivos de proteção e as conexões elétricas
– Dispositivo seccionador – podendo ser implementado com chave seccionadora ou disjuntor
– Dispositivo de proteção contra sobretensão – DPS
– Dispositivo de proteção contra sobrecorrente – disjuntor ou fusível
– Cabos CC
Componentes
Invólucro
O invólucro é a “caixa” onde os dispositivos de proteção e as conexões elétricas estarão alocados. O invólucro tem como função proteger os dispositivos e as conexões da ação das intempéries e proteger o usuário contra choques elétricos. O invólucro pode ser classificado de acordo com sua tolerância de ingressão de poeira e água. O sistema de classificação IP determina um número que reflete a proteção do invólucro.
Os invólucros ainda podem ser classificados como próprios para ambiente interno (proteção mínima IP2X) ou ambiente externo (proteção mínima IP55). A ABNT NBR IEC 60529 é a norma que caracteriza os invólucros próprios para circuitos elétricos.
A norma de instalações 5410 também prevê que não se deve misturar circuitos CA e CC no mesmo invólucro. Recomenda-se que a taxa máxima de ocupação do invólucro em volume seja de até 50%. Essa taxa limita o efeito de sobreaquecimento ao se concentrar os dispositivos em um ambiente fechado.
Chave seccionadora
A chave seccionadora é um dispositivo para conexão e desconexão da parte CC do sistema fotovoltaico. O seccionamento seguro do sistema é aquele no qual não há risco de choque elétrico para o usuário e nem risco de incêndio causado por faíscas no instante da desconexão. As chaves seccionadoras tem como característica técnica:
– Tensão de isolamento / operação: é a tensão máxima entre os pontos de conexão elétricos que a chave suporta.
– Corrente de operação: é a máxima corrente que percorre os elementos elétricos da chave.
– Especificação de uso: define se a chave é própria para sistemas CA ou CC.
– Número de pólos: é a quantidade de condutores que a chave pode seccionar.
– Suportabilidade ao impulso: a chave deve ser capaz de suportar um impulso elétrico na posição em aberto conforme as especificações da tabela 50 da NBR 5410.
Para cada valor de tensão de operação da chave, há uma corrente máxima de operação. Os fabricantes disponibilizam essa informação no folheto técnico do produto.
Para que não haja o faiscamento durante a operação normal da chave, os limites de tensão, corrente e aplicação devem ser respeitados. Algumas chaves podem seccionar simultaneamente vários condutores, e podem então assumir uma característica de “chave geral” da string box.
Dispositivo de proteção contra sobretensão – DPS
O DPS é o dispositivo que diminui os efeitos da sobretensão no circuito. A função do DPS na string box é de proteger o inversor contra sobretensões vindas do circuito CC. Os fenômenos que podem causar as sobretensões são: descargas atmosféricas no sistema de SPDA e descargas atmosféricas próximas que induzam corrente no circuito CC. O DPS é caracterizado de acordo com as grandezas abaixo.
– Tipo: O DPS pode ser classificado como tipo 1, 2 ou 3. O DPS do tipo 1 é próprio para descargas atmosféricas diretas, o DPS tipo 2 é próprio para sobretensões induzidas por descargas atmosféricas próximas e distúrbios na rede elétrica. O DPS tipo 3 é próprio para proteção de equipamentos elétricos mais sensíveis.
– Uc: Máxima tensão de operação contínua. Caracteriza a máxima tensão de operação que o DPS suporta sem que haja atuação da sua proteção de sobretensão.
– Up : Nível de tensão de proteção. É a tensão máxima entre os terminais do DPS no instante em que ele está ativo e conduzindo corrente de descarga igual a In ou Iimp. Ou seja, é a tensão máxima que os circuitos à jusante (ou seja, que estão depois) do DPS recebem.
– Iimp: Corrente nominal de proteção para DPS tipo 1. É a corrente máxima de proteção que um DPS tipo 1 pode desviar para o aterramento de proteção . Os valores de Iimp ocorrem tipicamente em descargas elétricas diretas.
– In: Corrente nominal de proteção para DPS dos Tipos 2 e 3. É o valor máximo de corrente que o DPS do Tipo 2 desvia para o aterramento de proteção. O DPS deve suportar essa corrente por no mínimo 19 ativações.
– Icc ou Isc: Esta é a máxima corrente de curto-circuito que um DPS com fusível interno ou minidisjuntor suporta. No caso de uma falha no DPS, este deve ser capaz de conduzir a corrente de curto-circuito até que esta seja interrompida pelo próprio DPS, ou por outra proteção existente no circuito..
– IMAX: É a máxima corrente que um DPS pode desviar para o aterramento de proteção. A capacidade de desviar corrente quando a mesma atinge IMAX só ocorre uma vez. O DPS se danifica e não pode ser mais reutilizado.
Fusível
O fusível é um dispositivo de proteção contra sobrecorrente e corrente de curto-circuito que tem como princípio de funcionamento a fusão de um elemento condutor quando a corrente ultrapassa o valor nominal do mesmo. O fusível tem como característica técnica:
– Dimensões: existem diversas dimensões de fusíveis, que são consequência do seu tipo de utilização, capacidade de interrupção de corrente e corrente nominal
– In: corrente nominal. É a corrente utilizada para cálculos de proteção de sobrecorrente.
– Corrente máxima de interrupção: É a maior corrente que o fusível é capaz de bloquear. Valores acima desse limite não garantem o bloqueio da corrente e ainda põe o fusível em risco de incêndio.
– Tensão de operação: é a maior tensão que o fusível opera sem danos e riscos de mal-funcionamento.
– Curva de atuação: é a curva que mostra o tempo em que o dispositivo demora para atuar para cada valor de corrente acima da nominal.
– Tipo: especifica para qual circuito/utilização o fusível é apropriado. A tabela abaixo mostra os tipos de fusível mais comuns.
– Corrente de não-fusão: máxima corrente de sobrecarga acima do valor da corrente nominal na qual o fusível não atuará.
– Corrente de fusão em tempo convencional: sobrecorrente que garante a atuação do fusível dentro da especificação de tempo convencional (1 ou 2 horas)
Disjuntor
O disjuntor é um dispositivo termomagnético de proteção contra sobrecorrente e corrente de curto-circuito, podendo ser utilizado também como elemento seccionador. O princípio de funcionamento do dispositivo ocorre com o aquecimento de uma chapa bimetálica que deforma com a temperatura e uma bobina que gera um campo magnético. A partir de um determinado limite a deformação da chapa bimetálica e a força eletromagnética gerada pela bobina causarão a desconexão dos contatos internos do disjuntor. Tanto o calor gerado quanto a força eletromagnética são proporcionais à corrente que flui no disjuntor. Os disjuntores podem ser caracterizados de acordo com as grandezas abaixo:-
– In: Corrente nominal de operação. Essa é a corrente máxima em que o disjuntor opera sem atuar a sua proteção. Valores acima dessa corrente causarão a ativação da proteção do disjuntor e a desconexão elétrica do circuito.
– Icu: Capacidade máxima de interrupção de corrente de curto-circuito. É a máxima corrente que o disjuntor consegue atuar seccionando o circuito. Valores acima dessa corrente não garantem o funcionamento da proteção e podem causar risco de incêndio.
– Curva de atuação: define a característica do tempo de atuação da proteção em relação à intensidade da sobrecorrente.
– Tensão de operação: define a tensão de operação nominal do disjuntor.
– Tipo de circuito: define se o disjuntor é próprio para circuitos CA ou CC.
– Corrente de atuação em tempo convencional: corrente na qual o disjuntor garante a desconexão em 1 hora.
Cabo CC
A string box recebe os cabos CC vindo dos módulos e disponibiliza para o inversor cabos CC. Portanto, os mesmos cuidados na seleção de um cabo CC para o circuito dos módulos devem ser tomados para a seleção dos cabos CC da string box. O cabo deve conter dupla isolação, ser resistente à radiação UV, ser capaz de suportar as tensões CC do sistema fotovoltaico (tipicamente 600 a 1500 V) e deve ter condutor de cobre estanhado caso esteja em áreas sujeitas à maresia. A seção do cabo depende do método de instalação, da corrente do circuito, da temperatura ambiente, do agrupamento dos circuitos e, caso enterrado, da resistividade térmica do solo e da temperatura do solo. A determinação da seção transversal do cabo deve seguir as normas NBR 16612, NBR 16690 e NBR 5410.
Conectores e conexões
As conexões do circuito das strings com a string box pode ser realizada através de conectores MC4 ou através de cabos com terminação em ilhós. Não é permitido realizar a paralelização ou conexão de múltiplos circuitos no borne de um dispositivo da string box se o mesmo não for especificamente designado para tal. Essas conexões devem ser realizadas através de barramentos ou bornes próprios para este fim. A conexão inapropriada de circuitos gera pontos de aquecimento no cabo, dispositivo de proteção e terminais. Os pontos de aquecimento aumentam as perdas do sistema e podem se tornar focos de incêndio.
A String Box CC + CA protege seu sistema de energia solar fotovoltaica.
Canal Solar