O que são sistemas foto-voltáicos
Um sistema de energia solar fotovoltaico, também chamado de sistema de energia solar ou, ainda, sistema fotovoltaico, é um sistema capaz de gerar energia elétrica através da radiação solar. Existem dois tipos básicos de sistemas fotovoltaicos: Sistemas Isolados (Off-grid) e Sistemas Conectados à Rede (Grid-tie).
Os Sistemas Isolados são utilizados em locais remotos ou onde o custo de se conectar a rede elétrica é elevado. São utilizados em casas de campo, refúgios, iluminação, telecomunicações, bombeio de água, etc. Já os Sistemas Conectados à rede, substituem ou complementam a energia elétrica convencional disponível na rede elétrica.
Enquanto um sistema isolado necessita de baterias e controladores de carga, sistemas conectados à rede funcionam somente com painéis e inversores, já que não precisam armazenar energia.
Um sistema fotovoltaico possui quatro componentes básicos:
- Painéis solares – Fazem o papel de coração, “bombeando” a energia para o sistema. Podem ser um ou mais painéis e são dimensionados de acordo com a energia necessária. São responsáveis por transformar energia solar em eletricidade.
- Controladores de carga – Funcionam como válvulas para o sistema. Servem para evitar sobrecargas ou descargas exageradas na bateria, aumentando sua vida útil e desempenho.
- Inversores – Cérebro do sistema, são responsáveis por transformar os 12 V de corrente contínua (CC) das baterias em 110 ou 220 V de corrente alternada (AC), ou outra tensão desejada. No caso de sistemas conectados, também são responsáveis pela sincronia com a rede elétrica.
Baterias – Trabalham como pulmões. Armazenam a energia elétrica para que o sistema possa ser utilizado quando não há sol.
Representação de um sistema Fotovoltaico de geração elétrica Isolado
Representação de um sistema Fotovoltaico de geração elétrica Conectado
Além da aplicação residencial, hoje em dia é muito comum a existência de usinas fotovoltaicas e, cada vez mais, o ritmo de implantação de novas e maiores unidades vem crescendo
Um gigantesco sistema solar fotovoltaico; é assim que poderíamos definir uma usina solar, que utiliza os mesmos equipamentos para gerar energia elétrica a partir da luz do sol. A diferença está exatamente no tamanho e complexidade do projeto, assim como na finalidade a que se destina a energia gerada.
Uma usina solar utiliza milhares ou mesmo centenas de milhares de módulos fotovoltaicos para gerar energia, os quais ocupam quilômetros quadrados de extensão.
Esses módulos (conhecidos popularmente como placas solares) podem ser instalados em terra ou mesmo sobre a água de represas, rios ou mares, através de sistemas de flutuamento (por isso são chamadas de usinas solares flutuantes).
Em terra, esses módulos ainda podem ser instalados sobre estruturas chamadas de “trackers”, que movem o painel conforme o deslocamento do sol no céu para otimizar a captação da luz e, assim, aumentar a geração de energia.
De maneira oposta aos sistemas fotovoltaicos isolado, na qual a energia é gerada para ser consumida no próprio local, na usina solar a enorme carga gerada é destinada para a venda e distribuição na rede elétrica. Quando a carga de energia gerada é muito alta e/ou a distância dos centros consumidores é muito grande, essa energia precisa ser transmitida nas linhas de transmissão de alta voltagem do sistema nacional, oque acarreta a utilização de grandes transformadores elevadores. Você pode ler mais sobre proteção contra incêndio em transformadores elevadores nesse post.
Riscos em sistemas Fotovoltaicos
Os principais e maiores componentes da geração fotovoltaica são os painéis fotovoltaicos. São eles que convertem a energia solar em energia elétrica e, recentemente, vem passando por grande evolução tecnológica tanto em sua eficiência e preço, quanto em sua segurança operacional. Esses equipamentos, cada vez mais, são produzidos com materiais de difícil combustão e retardante a chamas, o que diminui consideravelmente o risco de operação.
No entanto, esses painéis convertem automaticamente energia solar em energia elétrica e, para gerar quantidades relevantes de energia elétrica, geralmente muitos painéis são necessários. Dessa forma, alguns riscos intrínsecos existem nesse método de geração de energia:
- Devido a grande quantidade de painéis necessários, muitas conexões elétricas são necessárias entre os painéis e os inversores AC/DC. Estudos mostram que a grande maioria dos eventos de incêndio em sistemas fotovoltaicos aconteceu por abertura de arco elétrico na conexão de cabos nos inversores, seja por serviço malfeito, baixa qualidade dos materiais utilizados ou até envelhecimento e degradação do cabeamento utilizado;
- Sobre-aquecimento de componentes, por uma miríade de possibilidades;
- A dificuldade de se isolar um painel solar em caso de acidente, visto que, se houver luz solar, há geração elétrica;
Em caso de instalações domésticas, onde os painéis são comumente instalados nos telhados das casas e prédios, a dificuldade de acesso dos bombeiros ou brigadistas e a possibilidade da presença de materiais altamente combustíveis no telhado dessas edificações;
Normas de proteção
Devido a natureza recente da utilização desse tipo de geração de energia, não existem, ainda, normas internacionais estabelecidas especificamente para a proteção em sistemas de geração de energia elétrica fotovoltaicos, apesar de, em função do aumento exponencial de sus utilização e, consequentemente, aumento exponencial de casos de incêndio (somente nos EUA, em 2018 – segundo o BRE National Solar Center – houve 80 casos de incêndio reportados em instalações solares, sendo que desses, em 13 houve vítimas), existem vários estudos e instituições trabalhando em padrões e recomendações para mitigação de risco.
O que existe, atualmente, são requerimentos mínimos para a fabricação de painéis fotovoltaicos, baseados em testes simples da UL 790 ou ASTM E 108. Dessa forma, devem se seguir os requerimentos existentes nas normas existentes, como as NBRs 516690:2019 (Instalações elétricas de arranjos fotovoltaicos – Requisitos de projeto) e 5410:2004 (Instalações elétricas de baixa tensão), além das normas para subestações elétricas quando aplicáveis. Para parques fotovoltaicos, ainda há de se considerar todos os requerimentos das legislações locais para instalações de risco elétrico alto, conforme aplicável
Mitigando Riscos
Considerando-se os riscos examinados anteriormente nesse artigo, podemos delinear alguns pontos centrais de observância para minimizar-se riscos. Em instalações domésticas, os seguintes pontos devem ser observados:
- Utilização de equipamentos fabricados de acordo com normas internacionais e com utilização de materiais não inflamáveis ou, pelo menos, retardantes à chama;
- Utilização de empresa competente e responsável para elaboração do projeto de instalação e instalação em si dos componentes, com foco específico nas conexões elétricas em corrente contínua;
- Verificação do inventário combustível do local de instalação, especialmente quando da instalação em telhados;
- Consideração deve ser dado ao aceso de bombeiros em caso de incidente.
Já em grandes plantas solares, outros pontos ainda devem ser observados:
- Localização e afastamento dos cubículos de controle e inversores dos painéis fotovoltaicos e utilização de sistemas de detecção e alarme de incêndio nesses ambientes;
- Distribuição de hidrantes e extintores conforme requerido pelas legislações locais pertinentes;
- Proteção das subestações elétricas conforme normas aplicáveis.
Conclusão
Como a utilização da energia solar é recente, ainda não existem muitos padrões e normas nem no Brasil, nem no exterior muito bem definidos para a proteção contra incêndio nesses tipos de instalação, apesar de, como mostrado anteriormente, desses risos existirem. Dessa forma, é fundamental contar com a sabedoria e experiência de empresas competentes para que cada caso seja estudado e os riscos minimizados.
A MI Fire conta com uma vasta experiência na proteção contra incêndio no mercado de energia em geral, tendo protegido desde pequenas centrais hidro e termoelétricas, até alguns dos maiores projetos de energia na América Latina, podendo fornecer desde a engenharia básica para a proteção deles, bem como o detalhamento de projeto, fornecimento de sistemas, instalação, testes e aprovação de sistemas.