Proteções elétricas em instalações fotovoltaicas de âmbito residencial e instalações isoladas

Proteções elétricas em corrente contínua

a) Fusíveis para o campo fotovoltaico

Esta proteção foi concebida para proteger os módulos fotovoltaicos das correntes inversas que possam ocorrer no string. Basicamente, temos de cumprir com o especificado na norma IEC62548, que declara o seguinte:

Para o calcular, pode ser aplicada a fórmula abaixo, em que Np corresponde ao número de strings em paralelo.

Se a corrente de inversão for excedida, deveremos colocar fusíveis nos strings fotovoltaicos de forma obrigatória.

Como regra geral, desde que a amperagem máxima do módulo não seja excedida, não é necessário utilizar fusíveis para o string. Não obstante, convém que sejam adicionados como elemento de corte para evitar trabalhar com tensões CC elevadas, o que pode representar riscos fatais para o instalador.

b) Fusíveis para bateria em sistemas isolados da rede

As baterias são normalmente o elemento mais dispendioso de uma instalação fotovoltaica e um equipamento obrigatório quando falamos de sistemas isolados.  É por isso que usamos este tipo de fusíveis para proteger os acumuladores dos picos de carga que podem afetar o seu correto funcionamento.

Embora as baterias com tecnologia de iões de lítio contem com proteção do BMS ou Battery Managment System, é sempre benéfico confiar neste tipo de proteções.

A seguinte fórmula pode ser utilizada para calcular o fusível entre o inversor fotovoltaico e a bateria:

O fusível a utilizar deverá ser do valor normalizado imediatamente superior ao resultado da fórmula acima referida. No entanto, recomenda-se seguir a informação nos manuais do equipamento, uma vez que estes indicam sempre o calibre do fusível a ser utilizado em relação ao inversor selecionado.

Relativamente ao número de fusíveis a utilizar, recomenda-se a instalação de um por cada cabo positivo que conduza do inversor à bateria. Se tivermos três inversores numa instalação trifásica, primeiro ligaremos o banco de baterias a um barramento com placas de cobre (uma para cada polo) e depois deveremos instalar pelo menos três fusíveis com os respetivos porta-fusíveis. Os mais utilizados em instalações isoladas são os fusíveis de corte rápido MEGA-FUSE e fusível de lâmina tipo NH1.

Proteções de sobretensão

 a) Sobretensão de CC (SDP ou DPS): cumprindo a mesma função que os fusíveis, este dispositivo foi concebido para proteger os módulos fotovoltaicos e/ou inversores de altas tensões que podem afetar o funcionamento destes, bem como para evitar avarias prematuras. O dispositivo funciona desviando as tensões elevadas através do cabo que está ligado à terra da instalação.

b)Recomenda-se a utilização de um SPD ou descarregador de sobretensão por cada rastreador MPPT do inversor. Para um modelo de descarregador de sobretensão PV II 3 1000 1100 V/40 KA, este dispositivo pode suportar até 1100 V. Isto permitirá que o inversor seja protegido da sua tensão máxima de funcionamento sem provocar danos no mesmo.

A avaria mais comum devido à não utilização de descarregadores de sobretensão em instalações fotovoltaicas é a avaria do inversor devido a um curto-circuito na entrada de corrente contínua.

Proteções elétricas em corrente alternada (a jusante do inversor)

a) Interruptor diferencial: Este dispositivo foi concebido para proteger as pessoas perante uma possível fuga de corrente elétrica e para proteger as instalações contra possíveis derivações e/ou curto-circuitos.

Para dimensionar e selecionar o dispositivo apropriado, devemos ter em conta se a instalação é monofásica ou trifásica, bem como a potência do inversor, para selecionar o calibre deste.

Por exemplo, para uma instalação monofásica, a tensão é de 230 V e a potência do inversor é de 5000 W. Executando a lei de Ohm:

O valor da intensidade do resultado é multiplicado por um fator de segurança de 1,2: Diferencial=21,72 x 1,2≈26 A, portanto, o interruptor diferencial a selecionar deve ser igual ou superior a 26 A.

Para instalações trifásicas aplicamos a seguinte equação e multiplicamos o resultado pelo fator de segurança 1,2:

Diferenciais superimunizados

Importa acrescentar que em determinadas instalações, podemos ter saltos intempestivos do diferencial. Isto acontece porque, por vezes, parte do componente de corrente em CC pode ser transmitida para a rede de corrente alternada. Isto pode provocar saltos do diferencial. Para estes casos, recomenda-se a utilização de diferenciais superimunizados ou seletivos de Classe A, que são identificados pela simbologia mostrada na imagem seguinte.