Projeto desenvolvido pela Universidade Presbiteriana Mackenzie (UPM) prevê a instalação de um sistema fotovoltaico que possua as funções de detecção e interrupção de arcos elétricos (Arc Fault Circuit Interrupt – AFCI) e desligamento rápido (Rapid Shutdown), visando afastar os riscos de superaquecimento e incêndios.
Com a ampliação do uso das energias renováveis, especialmente a solar e a eólica, na última década – saltando de 1,7% da matriz energética global em 2010, para 8,7%, em 2020, segundo o World Resources Institute – aumentou também os relatos de acidentes envolvendo a incidência de arcos voltaicos. No Brasil, que atingiu a marca de 1 milhão de sistemas fotovoltaicos residenciais – entre 2021 e 2022, o crescimento do uso da energia solar cresceu cerca de 95.
Foram registrados acidentes em 2022, como um curto-circuito no sistema fotovoltaico de um hotel em Rio Branco (AC), ou quando um inversor que pegou fogo e causou um princípio de incêndio em um minimercado em União dos Palmares (AL), e um incêndio devido a uma falha em um módulo fotovoltaico em Patos de Minas (MG), que atingiu uma fábrica de calçados. Segundo levantamento da UPM, a maior parte das proteções existentes, embarcadas nos inversores comerciais e referenciadas nas normas nacionais, não apresentam a segurança requerida em normas internacionais em caso de arcos voltaicos.
Para fazer frente a esses problemas, a UPM desenvolveu um sistema de proteção que visa a interromper um possível curto-circuito e consequentemente um incêndio. O projeto instalado no Laboratório de Engenharia Elétrica e Computação da UPM possui as funções de detecção e interrupção contra arcos elétricos AFCI e Rapid Shutdown integrados.
Os resultados obtidos a partir dos testes de AFCI condizem com os valores da norma IEC 63027, garantindo a funcionalidade empregada no sistema instalado. Já os resultados aferidos a partir dos testes de Rapid Shutdown também garantiram os aspectos de funcionalidade conforme a norma NFPA 70. De acordo com a UPM, esse sistema está sendo discutido no ambiente normativo brasileiro. Atualmente, a NBR16690, embora destaque o perigo dos arcos elétricos, não exige que instalações fotovoltaicas executados no Brasil tenham a proteção AFCI.
A NBR 16690 indica três tipos de arcos elétricos que podem ocorrer em uma instalação fotovoltaica, sendo eles arcos em série, arcos em paralelo e arcos para a terra. Alguns fabricantes já possuem a tecnologia AFCI integrada em inversores string, porém, como não é obrigatório incorporar essa tecnologia, muitos fabricantes optam por não adotar em seus equipamentos. Segundo a UPM, o arco em série é o mais provável de ocorrer, pois os sistemas fotovoltaicos tipicamente possuem um número muito grande de ligações em série. Arcos em paralelo e para terra, embora mais perigosos, são mais difíceis de ocorrer, pois a NBR16690 exige isolamento duplo nos condutores para sistemas.
Os técnicos da Universidade Mackenzie observam que se um arco em série não for extinto rapidamente, pode se propagar, envolver condutores adjacentes e produzir arcos em paralelo. É desejável, portanto, ter um método rápido de detecção e interrupção de arcos elétricos em sistemas fotovoltaicos. Uma vez que ocorra falha e iniciado o incêndio ou caso aconteça algum acidente na instalação fotovoltaica, é necessário reduzir as tensões dos módulos fotovoltaicos por meio de bloqueio da luz solar incidente ou pelo uso de um sistema de desligamento rápido (Rapid Shutdown), para que equipes de combate a incêndio e manutenção do sistema possam trabalhar sem risco de acidentes. O Rapid Shutdown consiste na abertura das conexões em série entre os módulos fotovoltaicos, reduzindo as tensões máximas encontradas nos arranjos fotovoltaicos a tensões da ordem de apenas um único módulo.
O sistema de desconexão entre as conexões dos módulos somente é possível por meio de otimizadores de energia que, além de realizarem o seguimento do ponto de máxima potência (SPMP) dos módulos fotovoltaicos, também são capazes de atuar como chaves seccionadoras entre os módulos de um arranjo. Nesse contexto, o projeto da UPM tem como um de seus objetivos o desenvolvimento de um sistema fotovoltaico residencial que possua as funções AFCI e Rapid Shutdown integrados.
Os testes realizados até aqui permitem, segundo a universidade, concluir que as soluções adotadas se comportam como as referências normativas internacionais, garantindo ao sistema desenvolvido níveis de proteção diferenciados em relação aos sistemas fotovoltáicos atualmente instalados no território brasileiro.
AUTORES
Prof. Dr. Jorge Alexandre Onoda Pessanha
Prof. Dr. Bruno Luis Soares De Lima
Prof. Dr. Silvia Maria Stortini Gonzalez Velazquez
Prof. Dr. José César de Souza Almeida Neto
Prof. Cassio Roberto Armani
Eng. Alber Luiz Do Nascimento
Eng. Gabriel Galvao Matos
Filipe Figueiredo Ramos – Aluno
Humberto Hoepfner Rivera – Aluno
Mauricio De Jesus Rivereto Junior – Aluno
Pedro Henrique Campos Ramalho – Aluno
Victor Dyrjawoj – Aluno
Matheus Brugnaro Valério – Aluno
